混凝土结构抗连续倒塌研究综述

连续倒塌是整体结构系统的复杂力学行为,涉及极端荷载的不确定性、结构行为的强动力非线性和承载机制的超大变形特征。为了更好地应用已有抗连续倒塌研究成果,分别对国内外影响较大的混凝土结构抗连续倒塌的试验、数值和理论研究结果进行了梳理。结果表明:已有试验研究主要集中于框架结构和板柱结构,对剪力墙结构、框剪结构等其他类型结构研究明显偏少,主要抗力机制的理论计算模型过于复杂,不利于工程应用,已有数值研究不能准确考虑大变形下钢筋黏结滑移失效、钢筋断裂和混凝土软化、破碎,准确性有待提高; 现有研究基本没有考虑多灾害耦合作用的不利影响,导致研究结论不准确,不利于指导设计; 未来需要进一步研究动力倒塌失效规律、不同类型结构的连续倒塌、整体结构系统连续倒塌规律、灾害相关的连续倒塌机理、面向多灾害防御的抗连续倒塌体系、面向工程的抗连续倒塌设计方法、高效连续倒塌数值分析模型等。     

空间网格结构连续性倒塌试验研究

为研究空间网格结构遭遇局部初始破坏后的结构响应、倒塌过程与倒塌机制,以单层球面网壳结构为研究对象,进行了1个直径为4.2m,矢跨比为1/7的凯威特型网壳结构整体模型的连续性倒塌试验。施加节点集中荷载,采用自主研发的杆件破断触发装置使网壳模型的1根经向杆件发生突然破断,并以采样频率100Hz采集网壳模型各位置杆件的高频动应变响应,基于高速摄像测量技术（帧频200fps）获取模型节点的高速动位移响应。初始破坏发生后,网壳模型呈现出自破坏局部向周围逐步扩展的连续性破坏,最终整个模型完全翻转并在一系列最外层杆件断裂后部分坠落。试验结果表明：尽管单层球面网壳结构杆件众多,但单根杆件的失效仍可能触发连锁反应,导致整体结构的连续性倒塌;单根杆件破坏后,局部内力重分布导致的杆端节点出现点失稳,并引发周围节点顺次向下运动,这也是单层球面网壳结构遭遇局部初始破坏后倒塌的主要模式。     

大跨度空间结构连续性倒塌研究方法与现状

大跨度空间结构的空间体量大、覆盖范围广,因而在遭遇非预期荷载作用并因局部失效诱致整体结构发生连续性倒塌时,会造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失。国内外针对框架结构连续性倒塌事故的研究已比较成熟,形成了统一的设计指导思想和相应的设计规范,但针对大跨度空间结构连续倒塌的研究尚处于起步阶段。结合已有成果,对大跨度空间结构连续性倒塌研究所用的数值、试验和理论方法作出评述。数值模拟方面,分析了描述不连续位移场和冲击 碰撞等关键问题,并展望了多尺度数值计算方法在倒塌模拟上的应用;试验研究方面,借鉴已有试验,指出了大跨度空间结构倒塌试验中的破断触发和位移量测等关键技术;理论分析方面,总结了各类结构的抗倒塌机制、鲁棒性评价方法和简化评估方法。     

结构抗连续性倒塌设计简介

在简要分析国内外结构物连续性倒塌案例的基础上,介绍了我国相关设计规范中关于结构抗连续性倒塌的设计原则,设计方法,并总结了结构抗连续性倒塌设计的指导思想,以避免结构发生整体性倒塌。     

砌体结构抗连续性倒塌影响分析

用ANSYS/LS-DYNA软件对二层砌体结构进行了地震倒塌模拟,倒塌模拟过程中通过改变底层墙体强度来分析底层墙体对砌体结构抗连续性倒塌的影响。模拟结果表明提高砌体结构底层强度,可以延缓砌体结构开始破坏时间和开始倒塌时间,但是,底层墙体强度有一个最优值,当底层强度超过最优值时,开始破坏时间和开始倒塌时间不仅不会延缓,反而会提前。     

意外荷载作用下建筑结构抗连续性倒塌分析

本文对建筑结构连续倒塌的原因进行分析,探讨意外荷载作用下建筑结构连续性倒塌的分析方法,提出确定失效构件位置的原则,对竖向承重构件失效后荷载的施加范围做了调整。在此基础上,对6层的钢筋混凝土框架结构进行了连续性倒塌分析。分析结果表明,按我国现行规范设计的钢筋混凝土框架结构抗倒塌能力不足。底层内柱失效后,结构存在较大的连续...     

关于结构抗连续性倒塌破坏的综述

介绍了各国规范关于结构抗连续性倒塌的设计定义,指出美国的定义相对合理,综合抗连续倒塌设计原则、我国建筑结构的现实状况和现阶段结构抗连续性倒塌的研究成果,提出了结构抗连续性倒塌的设计方法、拉结强度设计方法,并给出了有关配筋构造措施。     

防止结构连续性倒塌措施的研究

从降低恐怖事件发生的概率、结构的构造及加固三方面论述了防止连续性倒塌的工程措施,重点对结构构件中柱、梁和节点的加固技术进行了阐述,以期降低连续性倒塌发生的几率。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌性能数值模拟研究

为研究填充墙钢筋混凝土（RC）框架的抗连续性倒塌性能,对其进行了数值模拟研究。基于LS-DYNA软件,建立了填充墙RC框架的连续性倒塌分析的精细化有限元模型。模型中采用连续面盖帽模型模拟砖砌体,采用接触算法模拟砂浆。通过对4榀1/4缩尺的RC框架（两榀纯框架和两榀带填充墙框架）的Pushdown试验结果进行模拟分析,验证了有限元模型的精度,并分析了填充墙厚度和砌体强度对RC框架抗连续性倒塌性能的影响。分析结果表明：在所有失柱工况中,失去中柱的填充墙RC框架抗连续性倒塌的峰值荷载最大,填充墙对失去中柱的RC框架的提高作用有限;在移除角柱工况下,填充墙RC框架的抗连续性倒塌峰值荷载最小,填充墙对失去角柱的RC框架的提高作用显著。填充墙厚度比砌体强度对RC框架抗连续性倒塌峰值荷载的提升作用影响更为显著。     

中小学框架结构教学楼抗连续性倒塌分析

汶川地震和玉树地震造成大量建筑物倒塌和重大人员伤亡,结构的抗连续倒塌分析再次引起工程技术人员的重视。为了研究中小学教学楼在常规设计条件下是否具有抗连续倒塌能力,本文按照现行规范设计了两栋典型的抗震设防烈度分别为7度和8度的中小学框架结构三维模型,依照有关规范中提出的抗连续倒塌的基本规定,采用弹性静力分析方法对拆除柱后剩余构件能否满足承载力要求进行判断。最后还分析了楼板对抗连续倒塌的影响及梁的悬链线机制。结果表明,按现行规范设计的中小学教学楼部分构件仍不能完全保证具有抗连续倒塌能力。     

震损建筑顶撑法仿真研究

归纳总结汶川地震的典型受损建筑特征及采用的救援技术。应用ANSYS有限元方法计算施加顶撑荷载前、后震损建筑在地震荷载作用下的反应,数值模拟顶撑位移作用下的受损建筑。分析结果表明:施加顶撑后结构的抗连续倒塌能力显著提高;顶撑距离过大,可能拉断构件或发生剪切破坏,故顶撑位移应为可进行救援的最小位移。     

钢筋混凝土框架结构底部相邻两柱失效的抗连续倒塌性能研究

为研究钢筋混凝土结构在角柱和相邻边柱同时失效情况下的抗连续倒塌性能,采用12点等效均布荷载加载系统,对移除角柱和相邻边柱后的钢筋混凝土梁-板-柱子结构进行PUSHDOWN加载,并对钢筋混凝土子结构的破坏模式、承载能力、变形能力、钢筋局部应变、支座水平位移及边梁扭转变形进行分析。试验结果表明：角柱和相邻边柱同时失效的钢筋混凝土梁-板-柱子结构反应与悬挑板相近,梁与板无法形成有效的压拱机制、悬链线机制或薄膜机制来抵抗连续倒塌的发生。采用有限元软件DIANA建模对试验结果进行了数值模拟分析,证明了数值模型的合理性。采用塑性铰线法对试验屈服荷载和第一极限荷载进行分析,理论分析结果表明,与试验结果相比,塑性铰线法的分析结果偏于保守。     

极端火灾作用下典型超高层混凝土框架-核心筒结构的连续倒塌分析

911事件以来,意外荷载作用下超高层结构的连续倒塌问题日益受到关注。该文采用考虑高温作用的高性能有限单元、高温破坏准则及生死单元技术,对极端火灾作用下典型超高层混凝土框架-核心筒结构的连续倒塌进行了分析。研究发现,该结构系统中的多层结构共同承受火灾作用时,由于火灾热膨胀变形的影响,超高层框架-核心筒结构产生类似桁架拱的整体受力机制,使得结构体系内不仅在水平方向发生内力重分布,而且在竖向也发生内力重分布。楼盖系统的热膨胀和破坏失效对外围柱的破坏具有重要影响,最终造成外围柱由于较大的二阶效应而发生受弯破坏,触发了整体结构系统的连续倒塌。     

钢筋混凝土平面框架连续性倒塌的仿真分析

采用基于离散单元开发的仿真程序CSPF1.0对一榀模拟底层中柱失效的连续倒塌试验框架进行了计算分析,所得到的中柱荷载-位移曲线与试验曲线吻合较好,说明了仿真程序用于大位移大变形下的钢筋混凝土框架结构分析的可靠性。在此基础上,进一步加大竖向荷载对试验中未获得的连续性倒塌全过程进行了模拟。仿真结果与已有试验现象相符且对最终的倒塌过程给出了合理的预期,从而表明CSPF1.0程序能够较好地用于包括单元不连续及接触碰撞在内的连续性倒塌全过程的模拟。     

华电集团华中总部基地主楼抗震性能设计

华电集团华中总部基地主楼的两个塔楼在顶部8层(47～54层)连为一体,为“门”形复杂连体超限高层建筑.结构存在楼板不连续、刚度和承载力突变、构件间断、局部不规则等5项不规则项.对主楼进行了抗震性能分析,确定了结构构件抗震性能目标.对主楼进行了小震静力弹性和弹性时程分析、中震和大震等效弹性分析及大震弹塑性时程分析,重点对...     

车—桥墩碰撞研究方法综述

针对车—桥墩碰撞问题,结合国内外有关研究现状和研究成果,综述了车—桥碰撞问题的研究方法,分别阐述了弹簧模型,刚塑性梁模型及均质地基桩柱模型,并对试验法和数值模拟进行了介绍,提出了研究发展趋势。     

一种用于建筑结构倒塌数值模拟的质点元方法

针对建筑结构倒塌过程的梁壳单元几何、材料、接触三重非线性且连续介质向非连续介质转化的动力计算问题,提出了能够考虑多重非线性用于连续介质与非连续介质共同作用且动态转化计算的质点元方法。该方法以质点运动学为基础,建模过程与有限元一致,通过定义广义连接模型、构造连接模型转化法则和建立接触碰撞算法,将显式有限元与离散元统一于相同的计算框架之下,具备有限元连续介质阶段的计算精度和离散元非连续介质阶段的计算能力,能够用于建筑结构倒塌等强非线性的动力计算。