爆炸荷载下钢筋混凝土框架连续倒坍特性及影响因素研究

防止结构在爆炸荷载下连续倒坍问题日益受到广泛关注。采用ANSYSLS-DYNA软件,对钢筋混凝土框架进行爆炸荷载作用下数值模拟。通过结构的动态响应,研究失效构件位置、构件尺寸、配筋率、炸药距离等参数对框架结构整体连续倒坍行为的影响。数值模拟分析结果表明:边柱失效比中柱失效引起的破坏更严重;适当提高配筋率或增加梁高可降低结构连续倒坍可能性;楼板形成的悬链效应能延缓连续倒坍速度;爆炸距离稍远结构连续倒坍风险显著降低;采用缓冲吸能材料(泡沫铝板)对于结构的关键构件进行安全防护,是防止框架结构连续倒坍的有效措施。研究成果可以为参数影响分析和爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架连续倒坍破坏模式控制提供参考。     

大板结构连续倒塌问题的探讨

按规范规定设计的任何结构,承受意外事故产生的荷载时,一定程度的局部破坏是不可避免的,但结构应有适应局部破坏的能力,以防连续倒塌。国外大板结构在意外事故作用下产生破坏,是由于横墙布置过少,整个结构缺乏整体性。本文探讨防止目前小开间大板房屋的连续倒塌问题。     

从质量事故看设计与施工的关系

建筑结构设计时要考虑施工因素,施工时也应核算结构的受力性能,两者对工程质量和安全生产都有密切关系,现通过一些质量事故实例来说明这一问题。例一,某纺织厂厂房,系多跨排架结构。设计者对中间跨柱子,只考虑结构在正常使用情况下的轴心受压,忽视了施工时会产生偏心现象。施工单位也未核算柱子是否允许偏心受压。因条件有限,又不可能同时对称施工,偏心受力是不可避免的。结果刚吊装完第一跨,柱子即失稳,位移过大而造成整跨倒坍。我单位曾承建一个纺织厂,设计单位要求连续施工,停歇时间不能拖长。但施工中有一些难以预     

大板结构抗连续倒塌问题(上)

本文从国内外偶然事故发生的频率和连续倒塌实例分析出发,结合我国大板建筑的结构特点,对大板建筑发生连续倒塌的可能性及倒塌方式,进行了对比分析,对其局部破坏后的受力机制,进行了深入地分析研究,在此基础上,总结归纳出防止大板结构连续倒塌的三项宏观措施,提出了包括结构布置、计算方法、构造要求等系统的综合建议。     

加腋大板结构非线性有限元分析

加腋大板结构在地下室工程中应用较广,但目前有关加腋大板结构的计算分析及其设计方法尚未统一。为深入了解加腋大板结构的受力特性,文中以一个3×3跨加腋大板地下室顶板结构为研究对象,通过有限元软件Midas FEA NX,建立了加腋大板结构的三维实体及钢筋有限元模型,进行了非线性有限元分析。分析结果表明,加腋大板结构为典型的梁、板混合受力模式;加腋大板结构存在一定的拱效应,有利于对其裂缝的控制;加腋大板柱顶区域受力较为集中,设计应予以有效加强,梁端箍筋应力较大,设计时可按梁承担所有剪力考虑。采取有针对性的加强措施后,采用梁板有限元方法进行加腋大板结构的设计是经济合理且安全可靠的,有关计算及设计建议可为同类工程提供参考。     

短深大板梁承载性能与破坏模式研究

短深大板梁常在钢结构工业厂房中用于支撑重型设备,这类构件跨高比通常在5左右。由于腹板跨高 比较大,其抗剪承载能力对构件的整体承载力性能有很大影响。然而,现有设计方法对剪力比大于0.5的构件 考虑不足。为此,设计完成了4个短深大板梁试件的静力加载试验,并验证了相应的有限元模拟方法。试验及 有限元分析结果表明,大板梁主要有两类破坏模式,分别称做“弹塑性整体失稳破坏”和“腹板局部失稳破 坏”。由于板梁构件具有明显的局部-整体相关性,现有的截面分类设计方法及其遵循的“单一板件准则”针 对其适用性较差。结合钢结构构件设计的发展,将构件分类设计方法拓展到了短深大板梁的范围。建议首先 根据构件的设计参数预测构件的破坏模式,然后采用相应的承载力计算方法进行设计。     

大板结构的接缝设计

本文针对装配式大板结构水平接缝、竖向接缝及连系梁接缝各自的受力特征,提出了相应的设计计算方法,对楼板接缝和大板结构的整体稳定性设计,作了原则性的阐述。文最后,总结归列了国内高层大板、多层大板及内板外砖结构中一些较好的接缝构造作法,供参考。     

莫斯科中国贸易中心工程防止结构连续倒塌设计

建筑抗倒塌问题近年来在欧美国家得到广泛关注。结合莫斯科中国贸易中心工程的防止结构连续倒塌设计,比较了国外一些相关设计规范和标准之间的相互关系,提出满足俄罗斯规范要求的防止连续倒塌设计计算方法,并将其与正常情况下的结构计算进行比较,找出其中带规律性的问题。     

1990年《建筑科学》总目录

期题名 建筑结构 1复杂体塑高层建筑结构的空间分析 l《升板建筑结构设计施_L及验收规 范》简介 2《升板建筑结构设计施工及验收规 范》中关于结构设计的儿个间题 2《顶制混凝土构件质量检验评定标 准》,卜的几个问题 3高层大开n口顶应力板墙结构模型试验 研歹乙 3钢筋混凝时L在动力作用卜的开裂突 变强变与变)份研究 3、4大板结构抗连续倒坍问题 3视能}构件承载力评定的检验方法 3世界L股大的木圆顶(译文) 4高层大J「间顶应力板墙体系结构设计 与施仁建议 4高层人开户lj顶应力板墙体系的特点及 }一要研究结沦 4角焊缝l’l:偏心荷载作川卜…     

超高超大柔直阀厅钢结构设计

龙门换流站阀厅是目前国内电网工程中跨度最大的钢结构建筑物之一,为解决其在各种极值荷载和偶然荷载的结构安全问题,本文根据项目特点及受力特性,主要进行了防连续倒塌设计、屋盖稳定性分析、抗震性能化分析和整体防火分析。分析和设计结果表明,在各种极值荷载和偶然荷载作用下,均不会引起整体结构破坏或局部垮塌,且意外偶然情况下的变形也不会影响相关设备的正常使用。本工程大跨度钢屋盖的安全性能足够,在考虑施工和使用过程中不可抗力的意外破坏后,提高重点部位的构件安全等级,可使得结构具备足够的安全冗余度。文中所采用的分析手段和方法可为电网工程中陆续出现非常规超高超大钢结构提供分析思路和参考,通过技术分析保证结构的安全可靠经济。     

An energy-based partial pushdown analysis procedure for assessment of disproportionate collapse potential

A disproportionate (or progressive) collapse is triggered by localized structural damage that propagates throughout a large portion of a structural system. The current guidelines issued by the US Department of Defense use the alternative path method to assess the vulnerability of a structural system to disproportionate collapse. In this method, the capability of a structure to sustain local damage is evaluated by notionally removing primary load-bearing elements and checking whether the local damage can be absorbed. The assessment can be performed using linear or nonlinear static structural models or a nonlinear dynamic model. Although nonlinear dynamic analysis gives the most accurate results, it is computationally intensive and requires considerable skill to implement properly. In this paper, the vulnerability of three steel frames to disproportionate collapse is assessed using an energy-based nonlinear static pushdown analysis. The predictions are sufficiently close to the results of a nonlinear dynamic time history analysis that the method would be useful for disproportionate collapse-resistant design of buildings with regular steel framing systems.     

建筑抗连续性倒塌的结构设计对策探讨

大量事实表明,在灾难面前,许多建筑由于结构整体性差,“抗倒塌能力”不足而垮塌。我国现行结构设计规范和标准基本上没有关于“抗倒塌设计”方面的内容。在参考国外抗倒塌设计方法的前提下,介绍连续性倒塌的概念,设计方法,并结合我国现行结构设计规范,提出了现阶段具有可操作性的结构抗倒塌设计对策。即通过间接设计法加强结构系统的整体性,增加结构的延性、连续性和冗余度,以及构件之间可靠的连接,达到避免建筑倒塌目的。此外,从结构选型、结构布置、细部构造等方面提出结构连续性倒塌的防止措施,以供参考。     

RC框架结构连续倒塌影响因素与破坏机制的研究现状

鉴于近年来国内外连续倒塌事件时有发生,并带来大量的人员伤亡和巨大的经济损失,针对当前影响结构倒塌性能的主要因素及其倒塌破坏机制研究进展进行了综述。结果表明:楼板对结构抗连续倒塌的作用不可忽略;柱失效位置和柱距对结构抗连续倒塌性能具有重要影响;与不考虑节点影响时相比,考虑节点影响时结构的抗连续倒塌承载力降低;填充墙和抗震设计对结构抗连续倒塌能力有益;框架梁上先后作用梁机制（压拱机制）和悬链线机制,板上先后作用压膜机制和拉膜机制,但不同构件作用机制之间的耦合作用和度量指标等研究不足;今后的研究中要加强试验测试工作和倒塌影响的定量化研究,并体现到设计方法中,同时要加强偶然荷载的碰撞冲击对结构倒塌性能的影响研究。     

Building Design for Abnormal Loads and Progressive Collapse

Abstract:   A progressive collapse is a structural failure that is initiated by localized structural damage and subsequently develops, as a chain reaction, into a failure that involves a major portion of the structural system. The collapse of the Ronan Point Tower in Canning Town, London, United Kingdom in May, 1968 prompted numerous efforts to develop structural design criteria for progressive collapse resistance. A series of papers and reports appeared in the decade following the Ronan Point collapse, and attempts were made to implement provisions addressing progressive collapse and enhancing general structural integrity in codes and standards. Improved building practices and design procedures to control the likelihood of progressive collapse now are receiving heightened interest by engineers, architects, and standards organizations in the aftermath of the tragedy of September 11, 2001. Advances in the science underlying structural design and the development of structural reliability and risk analysis tools now permit design strategies that would have been considered infeasible 30 years ago. This article provides a critical appraisal of key research products that provide a basis for designing a structural system to withstand local damage without the development of a general structural collapse, and identifies strategies that currently are feasible to implement in the General Design Requirements in ASCE Standard 7, minimum design loads for buildings, and other structures. The article concludes with a discussion of research challenges to further enhancement of design practices, with particular emphasis on needed support for structural engineering analysis and design from advanced computation and information technologies.     

Assessment of the Progressive Collapse Resistance of Double-Layer Grid Space Structures Using Implicit and Explicit Methods

A double-layer grid space structure is a conventional long span structure used where large column-free areas are required. Due to its’ large indeterminacy and the redundancy of its structural configuration, it is normally considered in design practice, that progressive collapse will not be triggered when the loss of an individual member occurs. However, research and several prior accidents have shown that progressive collapse could occur following the loss of some critical members when the structures are subject to abnormal loading such as heavy snow. To investigate the structural behavior of this type of structure, a 3D finite element model of a double-layer space structure grid was built by the authors, several collapse scenarios have been investigated using an implicit method which follows the alternative path method defined in GSA. In addition, case studies have been made using the explicit method which is to simulate the whole process of the structural collapse. In the analysis, different members failure or support collapses were studied. The response of the structure was investigated and the correspondent potential of progressive collapse was discussed in detail. Methods to mitigate the progressive collapse of this type of space structure have also been recommended.     

民用建筑结构的抗爆设计方法研究

民用建筑结构使用多,人员活动聚集,易于成为恐怖爆炸袭击的目标。从阐述爆炸冲击波的特点出发,分析了爆炸冲击波对建筑结构损伤作用的机理;根据建筑结构的抗爆设计原则,提出建筑结构的抗爆设计目标可以划分为:基本目标(结构不发生连续倒塌)、优先目标(结构不因局部构件或结构损伤而发生整体破坏)和高级目标(控制或减少爆炸产生的次生杀伤性飞片)等3个层次。最后从普通民用和公共建筑结构两个方面,分别总结和提出了抗爆设计方法。     

空间网架结构的连续倒塌分析

在偶然荷载作用下,结构的局部构件可能发生初始破坏从而导致结构的连续性倒塌。文章基于有限元软件LSDYNA,采用变换荷载路径法对空间网架结构破坏后的倒塌进行了力学分析和仿真,并且分析讨论了结构的关键构件。模拟结果表明增大关键构件的截面及提高材料的失效应变,可显著提高空间网架结构的抗连续倒塌能力,将有可能避免结构倒塌。     

Improving the structural robustness of multi-story steel-frame buildings

Although there are numerous hazards that could trigger the progressive collapse of a building, there are limited provisions in related codes regarding the design of structures to withstand exposure to such threats. It is thus expedient to limit the extent of damage to prevent the initiation of progressive collapse. This could be done by usage of the alternate path method, whereby the structure is made to withstand the loss of one or more critical load-bearing elements and prevent disproportionate collapse. In our study, we investigated the resistance of seismically designed steel-frame buildings to progressive collapse, focusing on the contributions of the floor system and beam-to-column connections. The applied element method was used to predict the structural response by nonlinear static and dynamic analyses, with the purpose of determining some robustness criteria, using as reference the ratio of the failure load to the nominal gravity load.     

构架式钢结构塔架的抗连续倒塌概念设计

近年来,各行各业出现了大量高度很高、横断面较小、造型新颖的高耸类建筑物或构筑物作为当地的地标建筑。这类建筑物具有多种功能,结构因偶然作用发生局部破坏后,其抗连续倒塌性能不仅对其使用功能有重大影响,同时影响人们的生命财产安全。文中根据高耸结构的特点,从荷载组合、结构选型、塔柱和斜腹杆设计等方面分析了提高塔架结构抗连续倒塌能力的概念设计方法,供工程师设计时参考和借鉴。     

建筑结构倒塌过程模拟与防倒塌设计

针对结构性能的数值模拟方法进行了综合分析,基于离散单元法提出了结构倒塌分析的理论模型。通过试验研究了混凝土块体间碰撞的力学行为,并结合扩展的数值分析建立了混凝土块体在不同碰撞形式下的计算模型。针对建筑物内的局部爆炸作用,在分析构件反应的基础上采用离散单元法对结构平面及空间倒塌过程进行了数值模拟。建立了适用于任意加载路径的材料弹簧力-位移本构关系,据此分析了地震作用下钢筋混凝土框架结构以及砌体结构空间倒塌过程。采用基于OpenGL的图形建模技术,实现了结构倒塌过程数值模拟结果的三维可视化。模拟结果与振动台模型试验结果及工程实测结果比较表明,所采用的离散单元法适合结构大变形阶段的分析。为提高计算效率和精度,有必要采用多尺度的模拟分析。另外,对不同荷载及作用下建筑结构抗倒塌设计方法进行了总结。并指出结构参数对抗连续倒塌性能的影响、结构倒塌机理、实用的防连续倒塌设计方法以及地震作用下结构防倒塌定量设计方法等方面尚待深入研究,以便建立相应的防倒塌设计规范。图15参21