钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析(PCA)是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。     

采用静-动力转换方法的钢管混凝土框架受火倒塌非线性分析

火灾引起结构倒塌不同于其他瞬时倒塌破坏（地震、冲击或者爆炸）,倒塌全过程为准静态平衡和动态相结合的复杂过程,为研究局部火灾引起的钢管混凝土框架结构倒塌破坏机理和动力响应,该文基于ABAQUS预定场和重启动功能,采用静-动力转换分析方法进行了某9层钢管混凝土空间框架结构体系的受火连续性倒塌非线性分析,研究该结构第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态,分析梁、柱构件受火失效引起的空间框架全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。框架梁柱构件均采用纤维梁单元,钢筋混凝土楼板采用分层壳单元,钢材和混凝土材性采用自定义开发的单轴本构材料模型。分析结果表明,静-动力转换方法可以较好地模拟结构受火倒塌全过程,节省了计算时间,又反映了结构的动力特性。由空间框架倒塌全过程示意可知,角柱失效后触发结构发生局部连续倒塌破坏,倒塌临界时间为253min(4.2h),结构整体的耐火时间远大于单个构件的耐火要求。火灾引起结构的局部倒塌全过程分为五个阶段：受火初期膨胀阶段,局部屈曲阶段,短暂平衡阶段,卸载阶段和局部倒塌破坏阶段,前四个阶段为长持时的准静态分析,第五阶段为非线性动力问题;此外,受火区域竖向构件失效后,其卸载传力路径遵循就近原则。     

RC框架结构连续倒塌动力响应影响因素分析

在极端荷载作用下,结构局部会发生初始损伤.由于初始损伤会在不同结构构件间发生传递,可能会引发结构整体的连续倒塌,造成重大经济损失和人员伤亡.为评估结构的抗连续倒塌能力,通常采用拆除构件法对结构在某一构件发生失效后的整体承载能力进行分析.拆除构件法包括非线性静力Pushdown分析方法和非线性动力分析方法.本文对拆除构件法中非线性动力分析方法的主要影响因素进行研究.选择一个按中国规范设计的五层三跨钢筋混凝土框架结构作为研究对象,分析框架柱失效时长、重力荷载分布形式以及动力加载方式对结构在瞬间失柱条件下非线性动力反应的影响.研究结果表明:柱失效时长对结构非线性动力反应影响显著,当失效时长大约为结构自振周期的0.5倍时,结构非线性反应的动力效应几乎消失;采用不同重力荷载分布形式(满跨分布和受损跨分布)对结构的非线性动力反应影响并不明显;与先加载后移柱的动力加载方式相比,采用先移柱再加载的动力加载方式会放大结构的非线性动力反应,但放大效应有限.     

基于静-动力转换分析方法的火灾引起钢结构连续倒塌性能研究

为研究火灾引起多高层钢结构连续性倒塌的破坏机理以及多高层钢结构在火灾作用下的初始破坏规律,基于ABAQUS预定义场和重启动功能,建立了局部火灾引起多高层钢结构连续倒塌分析的静-动力转换分析方法,运用此分析方法模拟了局部火灾作用下钢结构的破坏过程,重点研究了柱破坏引起多高层钢结构倒塌的初始破坏机理,分析了受火柱约束刚度比和荷载水平对火灾作用下钢结构初始破坏以及对整体结构产生动力效应的影响规律。研究结果表明：静-动力转换分析方法具有可行性;初始破坏的动力放大系数在1．2～1．5之间。     

巨震下设置黏弹性阻尼RC框架结构抗倒塌分析

为研究传统抗震结构设置黏弹性阻尼器对巨震作用的抗倒塌性能,采用增量动力分析(incremental dy-namic analysis,IDA)方法,针对II类场地23条具有代表性的巨震波作用对结构楼层位移、能量耗散、结构倒塌的易损性曲线及结构塑性铰分布等分别进行动力弹塑性分析.工程算例分析表明:巨震作用下,设置黏弹性...     

X形中心支撑钢框架倒塌储备能力研究

根据中心支撑在循环荷载作用下的受力特点,提出一种针对X形中心支撑钢框架的倒塌判定标准.按照中国规范设计了一组不同层数和跨度的算例,采用增量动力分析方法确定并评估X形中心支撑钢框架结构的倒塌储备能力.结果表明：X形中心支撑结构的倒塌储备能力随层数的增加而减弱,随跨度的增加而增强,所有算例均具备FEMA695规定的倒塌储备能力.X形中心支撑与倒塌水准对应的基于结构层延性的整体抗侧刚度与初始弹性抗侧刚度之比大都在2％～3％之间,表明文中提出的倒塌标准具有一定的适用性,符合实际结构最终依靠延性来耗散地震能量的受力和变形规律.     

钢筋混凝土框架结构侧向倒塌地震易损性分析

为研究钢筋混凝土框架结构在地震作用下的侧向倒塌易损性,采用多地震动增量动力分析方法,用FEMA准则和结构有限元计算失稳作为结构侧向倒塌能力点的确定准则,分析得到一栋5层3跨钢筋混凝土框架结构的侧向倒塌易损性曲线.结果表明:FEMA准则对结构侧向倒塌定义偏于保守.在大震作用下,结构倒塌风险较小.     

机械铰的量化准则及其在倒塌分析中的应用

为了评估建筑结构的抗倒塌能力,在机械铰理论的基础上,提出了机械铰的量化准则,进行了框架节点的数值模拟,并与节点的试验结果进行对比和验证,最后建立了基于机械铰的结构倒塌判定准则,并对某二层钢筋混凝土框架结构进行了倒塌分析。研究结果表明,相比于塑性铰的倒塌判定准则,基于机械铰的倒塌判定准则更接近于结构的真实倒塌极限,可以更真实地模拟结构的抗倒塌能力。     

基于变换路径法的竖向不规则RC框架动力增大系数研究

以一系列不同布置形式的竖向不规则RC框架为对象,基于变换路径法对底层中柱失效的框架分别进行了非线性静力和非线性动力倒塌分析,研究了动力增大系数的取值范围,提出了针对该特定结构形式的分类指标。结果表明：GSA2003中建议的动力增大系数2．0偏于安全,使所设计结构具有较高安全储备的同时,也难免造成一定浪费;随着塔裙层数比的增大,结构抵抗荷栽动力效应的能力逐渐降低,在偶然荷载作用下发生倒塌的风险也随之增大;减小结构塔裙层数比,降低结构不规则程度能够减小结构倒塌风险。     

基于刚度损伤的钢框架结构IDA抗震倒塌方法研究

结合刚度倒塌判定准则和增量动力分析(IDA)方法,提出了一种以刚度损伤作为结构损伤指标DM的IDA抗震倒塌判定方法.在刚度损伤中,分别从层间构件刚度损伤和结构整体刚度损伤两个方面出发,得到相应的IDA曲线簇及结构各层和整体的IDA曲线.再通过层间位移角、残余位移角、结构滞回耗能作为损伤指标得出IDA曲线,对不同指标的I...     

竖向不规则RC框架结构连续倒塌动力放大系数研究

为研究竖向不规则钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构连续倒塌过程中的动力响应特征,以一系列不同布置形式的竖向不规则RC框架为对象,基于变换路径法,采用静力非线性和动力非线性分析方法,研究底层柱失效时建筑形式与动力放大系数之间的关系,并针对特定建筑形式提出塔群层数比和塔群跨数比。研究表明:GSA2003在静力非线性方法中所建议的动力放大系数2.0偏于保守;减小结构的塔裙层数比,降低结构不规则程度能够有效地提高剩余结构承受动力荷载的能力;在下部裙楼跨数一定的情况下,增大结构塔群跨数比能够降低结构连续倒塌的风险。     

地震作用下输电铁塔非线性动力反应分析

给出了考虑塔架几何非线性和材料非线性的分析方法.采用有限元分析软件ANSYS建立了沈阳地区某输电塔的有限元模型,并对该模型进行了非线性地震反应分析.分析结果表明,输电塔结构考虑导线影响后的动力特性有较大改变,非线性分析结果验证了导线的影响随着档距的增加而增大的结论,但与线性分析结果相比,输电铁塔顶点位移反应有了加大.因而,在输电塔结构抗震设计中,有必要考虑导线影响时的非线性分析.     

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。     

空间CCD相机动力学环境模拟研究

为了改进空间CCD相机的结构设计性能,应用CAE技术对空间CCD相机进行模态分析、频率响应分析等动力学特性研究。分析计算表明空间CCD相机的自然频率足够高,一阶模态达到180Hz以上,保证了空间CCD相机在外界动态载荷低频振动作用下的动力学响应。有限元分析结果为空间CCD相机的结构设计提供了必要的指导。     

非线性体系动力可靠性分析的等效Duffing体系法

等效线性化法是非线性结构体系的随机反应分析最常用的方法,但使用等效线性化法给出的反应结果进行结构动力可靠性分析会带来很大的误差.将一般非线性体系通过均方最小误差原则等效为Duffing非线性体系来进行结构动力可靠性分析.Duffing非线性体系可以通过FPK方程求得其稳态精确解析解,所以使用该等效非线性法进行结构动力可靠性分析不仅计算上方便可行而且精度较高.算例分析表明了等效非线性法分析结果可靠,且比等效线性化法的计算精度有明显提高.     

随机振动在时域分析中的某些问题

本文用状态空间方法给出随机振动在时域分析中的一些研究成果。 振动的主动控制,本文对主动减振的状态及其应用前景作了综述并介绍了线性控制系统的设计方法及减振后的响应分析方法。 非零均值随机作用下振动系统的响应分析。本文提出一种在非零均值非平稳高斯激励下获得等效线性系数的封闭公式及多自由度系统响应的分析方法。 带时滞随机外作用下振动的响应分析,本文提出的方法对平稳及非平稳情况都能适用语当用等效线性化的方法,此法还可推广应用于非线性系统。     

地基土的随机地震反应的一个解法

利用连续线性系统的随机振动理论，研究了非均匀地基土层地震的动力反应问题．假定土层的剪切模量随深度线性变化，得到土层的最大位移反应的均值和方差．引入结构微分算子，采用模态叠加法进行反应分析．得到了土层的地震随机反应及平稳输入时土层最大位移的动力可靠性分析参数．     

分裂法在求解非线性动态电路中的应用

研究了非线性动态电路的分块算法,把非线性动态电路分割成若干个线子电路和一组含有非线性元件的联络支路。在任意长时间间隔内,用多端动态电源等效替代线性子电路。在每一次积分步长的计算中,只需确定联络支路的状态值,为分析含有大量线性元件的非线电路提供了有效方法。