地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

RC框架结构抗连续倒塌分析

参考美国规范,运用拆除构件法,基于SAP2000通用有限元软件．对一按照我国现行规范设计的RC框架结构进行抗连续性倒塌分析,分析了移除失效柱后,剩余框架柱柱轴力的变化趋势,对比分析了柱失效位置对结构抗连续性倒塌性能的影响,并研究了层高对结构抗连续性倒塌性能的影响．得出在不考虑地震荷栽作用时：角柱失效对结构影响最大;柱失效后,剩余结构的内力重分配只集中在失效跨内,失效点上方柱基本失去支撑作用;层高对结构抗连续性倒塌性能影响较小,建议结构层高取值在3．6m～4．2m之间。     

某活动中心抗连续倒塌评估分析

按我国现行《建筑结构抗倒塌设计规范:CECS392∶2014》[1]拆除构件法的要求,选取某活动中心易遭到撞击、爆炸等偶然事件袭击的1层角柱、周边柱作为敏感构件,对敏感构件拆除失效后的中央锥体钢结构子结构进行抗连续倒塌评估分析,得出如下结论:拆除敏感构件后,剩余结构形成新的传力路径,结构内力发生重分布,弯矩内力图保持连续;中央锥体结构冗余度较高,不会发生连续倒塌;种植屋面恒荷载较大,较多杆件超过钢材屈服应力,易发生连续倒塌。工程中应对重载屋面连续倒塌引起足够重视。     

超长复杂隔震结构抗连续倒塌性能分析

以某医院的超长复杂隔震结构为工程背景,对超长复杂隔震结构进行了抗连续倒塌研究。运用非线性有限元软件建立考虑楼板作用的精细三维模型和未考虑楼板作用的简化三维模型,通过非线性动力拆除构件法对两种模型进行了分析,对比两种模型的抗倒塌能力。结果表明：该超长复杂隔震结构仅拆除1根柱时,结构未发生连续倒塌,且角柱对该隔震结构的连续倒塌影响较大|拆除2根柱时,未考虑楼板作用的简化三维模型发生了连续倒塌,而考虑楼板作用的精细三维模型未发生连续倒塌。因此,不考虑楼板作用的简化三维模型计算结果会偏于保守,进行结构抗连续倒塌时需考虑楼板的影响。     

山地典型掉层框架结构抗连续倒塌性能分析

山地结构的受力性能与普通结构有显著差别.基于LS-DYNA的截面纤维模型,通过与一榀4跨3层平面框架在移除中柱后的拟静力倒塌试验结果进行对比,验证了纤维模型的合理性.采用拆除构件法中的非线性动力法对普通框架结构和掉层层数、掉层跨数各不相同的掉层框架结构共6个算例进行了抗连续倒塌性能分析,研究普通框架结构与掉层框架结构抗...     

大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析关键问题研究

对大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析中的关键问题进行研究,运用等效荷载瞬时卸载法对结构进行抗连续倒塌的动力分析,并借鉴美国规范对等效荷载提出取值方法建议。分析表明,应用等效荷载瞬时卸载法分析结构抗连续倒塌的精度主要取决于加载的时程曲线。根据动力学知识推导出求解结构关键构件失效前等效荷载最小作用时间的计算式,并与实际工程算例进行比较,其结果吻合较好。同时通过有限元数值分析,提出等效荷载卸载的最长时间为构件失效后模型的第1阶竖向自振周期的1/10。通过实际工程算例介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明,应用等效荷载瞬时卸载法模拟大跨度钢结构关键构件失效后的受力和变形情况可行,与静力法相互补充可对大跨度钢结构进行抗连续倒塌分析。     

大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析

利用有限元法对某大跨度钢结构进行连续倒塌动力分析。采用能量法和平均应力法来确定失效柱位置,在考虑列车行驶等偶然荷载的作用下,选定柱22、柱11进行连续倒塌分析。研究结果表明:柱11单根失效时,结构最大应变为2.38×10~(-3),小于钢材极限拉应变。其中远离柱11靠近柱12和柱21梁单元处产生高架层最大应力,网壳最大应力、应变出现在失效柱的网壳斜柱及相邻区失效柱;柱22单根失效时,应变最大值为3.68×10~(-3),失效柱附近梁单元产生最大应变,小于材料极限拉应变。站房网壳最大应力、应变出现在柱11支撑网壳斜柱以及邻近的网壳单元;柱11、柱22同时失效时,结构最大应变为5.78×10~(-3),较单根柱失效时应变值大幅提高,已发生塑性变形,但仍未超出材料极限塑性应变限值,双柱失效并未引发整体结构的连续性倒塌。     

某Z字形连廊结构抗连续倒塌性能评估

以某Z字形连廊结构为研究对象,采用拆除构件法评估了该结构的抗连续倒塌性能。基于SAP2000程序,建立其有限元模型。通过基于节点位移的敏感性分析确定该连廊的关键构件。基于考虑初始状态的等效荷载瞬时加载法对连廊结构进行抗连续倒塌分析,采用规范建议的准则评估其抗连续倒塌性能。结果表明：对于该Z字形连廊结构,转角处或跨中处的柱被拆除时,结构位移响应较其他位置柱拆除时变化更为明显,可确定其为关键构件;在关键构件被拆除的情况下,剩余结构的水平钢梁梁端转角均未超过限值,结构未发生连续倒塌;该连廊结构设计较为合理,具有良好的抗连续倒塌性能;增加一定数量的斜撑后,其抗连续倒塌能力可得到增强。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌机制研究

通过非线性动力拆除构件法,对不同抗震设防水平下的典型钢筋混凝土(RC)非整体现浇楼板框架和整体现浇楼板框架的抗连续倒塌机制进行分析。首先,总结出了两种典型连续倒塌模式并进行了讨论,发现框架柱的抗侧刚度不足将导致连续倒塌在水平向的传播。然后,通过分析框架在不同部位发生初始破坏后的力学响应,研究了框架结构不同部位的框架梁抗连续倒塌贡献,结果显示所有的框架梁都可以通过梁机制发挥抗连续倒塌承载力,但是只有两端具有足够水平支座约束框架梁才能发挥其悬链线机制的承载力。最后,通过研究框架结构的连续倒塌规律,分析了楼板和抗震设防烈度对框架抗连续倒塌性能的影响。     

Geiger型索穹顶结构模型抗连续倒塌试验研究

索穹顶结构冗余度低,关键构件的破坏可能会引起结构连续倒塌。为了解索穹顶结构的抗倒塌性能,并找出影响该结构体系抗连续倒塌性能的关键构件,采用拆除构件法对跨度6 m的Geiger型索穹顶结构模型进行了抗连续倒塌试验研究。结果表明：单根构件破断后,除个别构件外,其他大多数构件的内力均减小;不同工况下,产生最大竖向位移的节点随破断构件的位置不同而不同,单根构件破断引起的结构最大竖向位移为跨度的1/14;影响索穹顶结构抗连续倒塌性能的关键构件是环索及外斜索;对于同类型构件,构件失效位置对结构抗倒塌性能的影响由内向外依次增大;保证外圈环索不失效是索穹顶结构抗倒塌的关键。     

Horizontal bracing to enhance progressive collapse resistance of steel moment frames

In this paper, the effect of horizontal bracing on enhancing the resistance of steel moment frames against progressive collapse is investigated. Previously designed 6 bay by 3 bay 18‐story steel frame prototype building with 6 m bay span (namely, unbraced frame), which was susceptible to progressive collapse, is retrofitted by four types of horizontal bracing systems on the perimeter of the topmost story and analyzed using 3D nonlinear dynamic method. Six different cross‐sections for each bracing system type are considered, and the capacity curves for each model are obtained. Three column removal circumstances, namely, Edge Short Column, First Edge Long Column, and Edge Long Column are considered in this paper. The results imply that horizontal bracing would increase the resistance of moment frames against progressive collapse. However, one of the bracing types in which axial compressive force is created in braces is not appropriate for retrofitting.     

地震作用下钢框架结构竖向连续倒塌可靠度分析

通过建立典型钢框架的连续倒塌分析数值模型,使用拉丁超立方抽样方法抽取随机样本进行可靠度分析,考虑结构参数的不确定性影响,确定完好结构在地震作用下发生局部损坏的概率。以大震作用下可靠度指标最小的构件作为结构的失效构件,基于整体可靠度方法,采用拆除构件法对失效构件进行拆除并施加地震荷载进行分析,得到不同失效模式下受损结构发生连续倒塌条件可靠度指标和失效概率。最后结合失效构件的失效概率,研究结构在地震作用下的连续倒塌全概率可靠度。研究表明,运用可靠度理论对钢框架结构进行连续倒塌可靠度分析,可以直观地得到地震作用下钢框架结构发生连续倒塌的概率,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

高层钢框架考虑损伤累积效应的地震倒塌分析方法

针对结构倒塌破坏的不确定性,提出一种用于高层钢框架结构在强震作用下结构倒塌全过程模拟的数值方法,该方法采用基于中心差分法的显式积分格式,通过定义结构的层损伤,将修正的K&K模型应用到结构中,以考虑结构在地震作用下强度和刚度的退化规律。通过编制有限元程序将该方法用于分析20层benchmark模型结构倒塌全过程和倒塌机理。分析表明,该考虑材料损伤累积效应的方法能更精确地确定高层钢框架结构的失效极限荷载,且在未知结构的失效破坏模式前提下,可较好地模拟在地震作用下结构的失效路径以及倒塌全过程和揭示结构的倒塌机理。     

顶部增设桁架对RC框架梁的连续倒塌性能影响

个别结构构件的失效对社会造成损失,而构件的连续失效会引起结构整体倒塌带来的更大甚至巨大的损失.因此,加强现有工程结构的抗连续倒塌能力势在必行.本文提出了一种在现有结构的顶部增设空间桁架能有效提高原结构的抗连续倒塌性能的方法.以GSA2003为基准,采用SAP2000有限元软件对增设桁架前后两种结构的抗连续倒塌性能进行了分析,得出该方法是一种能够加固并改善现有结构抗连续倒塌能力的有效方法.     

结构连续倒塌分析改变路径法研究

为采用改变路径法进行结构连续倒塌分析,研究了该方法所涉及的3个关键问题;建立了采用改变路径法进行结构连续倒塌分析的流程;通过对一个多层平面钢框架连续倒塌分析,对改变路径法采用的线弹性静力分析、非线性静力分析和非线性动力分析方法进行了比较。结果表明：结构初始失效后,由于内力重分布,可能会进一步导致结构损伤;相对于动力分析方法,静力分析方法比较简单,但可能会导致较为保守的结果;静力线弹性分析的结果比静力非线性分析的结果更为保守。     

新广州站索拱结构屋盖体系连续倒塌分析

以新广州站索拱结构屋盖体系为对象,对大跨度空间结构的连续倒塌分析方法进行了研究。利用基于概念判断的敏感性分析方法分析了单榀索拱结构的重要构件。对整体结构的重要构件及其几何位置分布、整体结构中空间作用的分布情况进行了讨论。采用变换荷载路径法（AP法）对该屋盖结构的抗连续倒塌性能进行了评估,并对比了AP法中线性动力计算和静力计算的结果。分析结果表明：静力计算结果偏于保守,而对于含有预应力拉索的结构体系,应考虑构件意外失效前整体结构的初始状态。新广州站屋盖结构体系具有较好的抗连续倒塌性能,该工程采用的新型空间索拱结构及巨型桁架是提高该结构体系抗连续倒塌能力的有效措施。索拱中采用的双索设置增加了正常使用情况下换索的可行性。图8表3参15     

偶然事件下框架结构抗连续倒塌分析

戴高乐机场发生坍塌事故后,结构体系局部发生破坏后对整体结构的影响程度愈来愈受到结构工程师的关注。本文作者研究了偶然事件对框架结构的影响特点,分析了框架结构在偶然作用下的破坏规律,以此确定采用备用荷载路径方法和局部抵抗特殊偶然作用法分析框架结构抗连续倒塌能力的具体操作方法。