基于位移性能的钢框架-支撑结构连续性倒塌Pushdown分析

基于位移性能,对比分析了纯钢框架结构、钢框架-V形(跨层X形)支撑结构与钢框架-同层X形支撑结构抗连续性倒塌的力学性能。研究结果表明:钢框架-支撑结构的荷载储备系数LRR明显优于纯钢框架结构,且钢框架-同层X形支撑结构优于钢框架-V形(跨层X形)支撑结构。对纯钢框架结构及钢框架-支撑结构进一步开展了静态与考虑"去柱"动力效应的动态Pushdown分析,研究结果表明:两种分析情形下结构的倒塌模式基本一致,结构剩余承载力基本相同。但是钢框架-支撑结构存在能够显著减小"瞬间去柱"引起的突变位移幅度,减缓柱损坏时结构的动力响应,且钢框架-同层X形支撑结构优于钢框架-V形(跨层X形)支撑结构。     

钢筋混凝土框架柱的破坏模式及抗震设计

框架柱是框架结构建筑的主要承重构件之一。与梁相比,柱的破坏一般具有突然性,破坏之前往往没有非常明显的征兆。柱的破坏常常导致整个结构的损坏与倒塌,严重影响结构的安全。本文主要分析了框架柱的特点、破坏模式、强柱弱梁的探讨等,并指出现有抗震设计的不足。     

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。     

结构抗连续倒塌试验方法研究

结构抗连续倒塌试验是认识结构连续倒塌性能和特点的重要基础。分析和比较了平面框架和空间框架两类试验模型的特点,讨论了钢筋混凝土框架结构、钢框架结构和网架等大跨空间结构抗连续倒塌试验的初始失效构件模拟、加载方案、加载制度、构件失效准则和连续倒塌破坏准则。     

基于单自由度体系的钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法研究

结构抗倒塌能力谱的建立和应用是基于一致倒塌风险抗震设计方法的关键。结合静力推覆分析和基于增量动力分析的倒塌易损性分析,提出基于单自由度体系的多层钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法。首先,介绍基于增量动力分析的倒塌易损性分析。然后,阐述将原结构通过静力推覆分析等效为单自由度体系的方法和步骤,进而利用等效单自由度体系的倒塌易损性分析结果估计原结构的抗地震倒塌能力;最后,通过40个不同结构参数的多层规则钢筋混凝土框架算例,验证建议方法的适用性和准确性。研究表明:基于单自由度体系的多层钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法的计算量小,且能够对多层钢筋混凝土框架的抗倒塌能力做出保守估计;同时建议方法将原钢筋混凝土结构的抗倒塌能力与等效单自由度体系的抗倒塌能力建立定量关系,为抗倒塌能力谱的应用奠定了理论基础。     

框架建筑砌体结构震害调查及原因浅析——以汶川震后漩口中学为例

漩口中学位于汶川地震中极震区映秀镇,系2008年地震遗址。本文主要对该校的框架建筑中的砌体结构震害展开调查,粗略分析了砌体结构的倒塌形式,给出了影响框架建筑砌体结构倒塌形式的原因,总结出框架建筑砌体结构在震中破坏的几种表现形式。     

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。     

全填充墙钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能研究

现有建筑结构的抗连续倒塌设计主要以提高失效柱上部梁构件的梁机制和悬链线机制承载力作为主要的设防目标,忽略了既有非结构构件共同承担竖向构件失效后的抗倒塌能力贡献。为研究填充墙对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌性能的影响,该文对拆除中柱构件后的全填充墙钢管混凝土柱 压型钢板组合梁框架剩余结构进行单调竖向静力加载,获得试件竖向荷载 位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变变化曲线,并与钢管混凝土组合框架倒塌试验结果进行对比分析。研究结果表明：该类结构的荷载 位移关系曲线分为四个阶段,弹性阶段、弹塑性阶段、裂缝发展阶段和破坏阶段。填充墙作用可以提高钢管混凝土组合框架的抗倒塌承载力,但结构的延性有所降低。基于试验研究结果,利用ABAQUS/Implicit建立了全填充墙钢管混凝土组合框架抗倒塌精细化有限元模型,并验证了建模方法的合理性。在此基础上,分析了不同填充墙开洞率对钢管混凝土组合框架抗倒塌承载力和破坏模式的影响,发现不同开洞率对试件的初始刚度、峰值荷载和位移延性均有一定影响,研究结果以期为该类结构的抗倒塌设计提供一定的参考。     

国外RC框架抗连续倒塌设计方法的检验与分析

建筑结构在意外事件时的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题。参考美国国防部编制的《结构抗连续倒塌设计》(DoD 2005)提供的设计流程,对按照我国现行规范设计的8层钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析,研究了其抗连续倒塌能力。并应用拉结强度法和拆除构件法,对该框架进行了抗连续倒塌设计,建立了将国外规范中的抗连续倒塌设计方法应用于我国框架结构的设计实例,并指出了其中存在的一些问题。     

海口双子塔-南塔钢结构抗火设计

海口双子塔-南塔结构体系外侧为巨型钢管混凝土柱+钢支撑框架,内部为钢板混凝土核心筒,二者之间为钢结构组合楼盖,需进行抗火设计。采用临界温度法对结构进行抗火设计,基于抗火设计结果建立热-固耦合整体结构模型,继而进行抗火灾连续倒塌分析。分析时考虑了高温下构件材料的刚度、屈服强度等折减以及构件的温度应力,同时对耐火极限后的构件损坏进行了评价。结果表明,采用临界温度法抗火设计以及基于整体结构的火灾全过程分析,基本可实现建筑结构在火灾时的抗连续倒塌设计目标,其中大跨组合钢次梁为防连续倒塌薄弱构件,转换梁及钢结构节点需进行防火加强。     

火灾下柱失效对多层钢框架连续倒塌的影响

针对钢结构抗连续性倒塌分析中多数采用直接拆柱法,不能真实反映由于火灾引起钢结构发生连续性倒塌时的实际情况,用ANSYS有限元软件建立无楼板的多层钢框架模型,选取已有文献中角部区域不同失效柱个数的工况。采用热固耦合法,考虑火灾使柱失效和材料非线性、几何非线性进行分析。研究了火灾下钢框架结构抗连续倒塌性能及角部区域允许失效柱个数,并将分析结果与已有文献采用直接拆除法结果进行对比。结果表明:采用ANSYS中热 结构耦合功能,结合生死单元法能够较好模拟钢框架由于火灾导致结构发生连续性倒塌的过程;通过分析3种角部区域不同失效柱个数的工况结果,得出失效柱允许个数为3根;与现有文献采用直接拆除法的有限元分析结果进行对比,发现采用直接拆除法分析结果过于保守,考虑火灾导致柱失效更加贴近实际倒塌情况。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的仿真分析

为研究钢筋混凝土框架结构的连续倒塌受力机理,在角柱失效倒塌试验基础上,运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析。考虑到角柱失效倒塌过程中地梁和对角区域的构件几乎没有破坏,建模中只在角柱区域建立了钢筋混凝土板;同时考虑到位移加载方式简单而且模型更易收敛,故仿真倒塌全程采用位移控制。通过仿真得到了结构的荷载 位移曲线、框架的位移曲线、钢筋和混凝土应力曲线、破坏形态等,并与试验结果进行对比。结果表明:仿真结果和试验结果基本一致;角柱失效时,框架经历了弹性阶段、塑性铰形成阶段和失效阶段;该仿真能够较好地模拟框架模型连续倒塌的过程,并且能揭示倒塌破坏过程的受力特点。     

单点连续冲击荷载下单层球面网壳结构失效模式研究

为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型.通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失...     

基于实际火灾场景的钢框架结构倒塌机制分析

采用ABAQUS建立无楼板的多层钢框架模型,采用顺序热-固耦合法,综合考虑实际火灾场景下局部火源位置、火源功率变化、非均匀分布温度场及火灾作用下梁柱失效进行分析,研究了在梁柱的受火形式和失效柱位置两种因素影响下钢框架结构的初始破坏机理与倒塌机制。结果表明：钢框架结构的连续倒塌始于受火柱的屈曲失效,与之相连的梁由于失去竖向支撑挠度增大并产生拉力,使内力重分布柱产生侧移,进而在火灾的持续作用下结构位移不断发展,破坏向周围扩散,最终导致结构发生连续性倒塌;当底层失效柱为角柱和边柱时,结构发生倾覆式连续性倒塌;当底层失效柱主要分布在结构对称轴上时,结构发生下沉式连续性倒塌,该类型倒塌发生较为突然。     

楼板对RC框架结构抗连续倒塌性能的影响

楼板作为框架结构的重要组成构件,在结构抗连续倒塌中有重要作用。采用有限元ABAQUS非线性拟静力分析法,模拟两层2×1跨框架结构长边中柱失效以后结构连续倒塌的反应,对比分析考虑与不考虑楼板作用时,RC框架结构连续倒塌的情形,研究楼板对RC框架结构连续倒塌的影响。结果表明:楼板可以显著改善结构的刚度,提高结构的整体性,并延缓梁的铰链出现,提高结构的抗连续倒塌性能。     

地下室无梁楼盖抗倒塌设计思考

无梁楼盖结构体系的板柱节点易发生脆性冲剪破坏,进而导致整体结构的连续倒塌。近年来我国地下室无梁楼盖系统连续倒塌事故多次发生,引发了工程界的广泛关注。针对上述情况,汇总了无梁楼盖结构的典型事故,分析存在的共性问题。总结了无梁楼盖板柱节点研究的主要成果,包括节点性能试验、节点加强措施和子结构抗连续倒塌试验以及规范抗剪强度计算方法。讨论了实际工程设计中常见的问题,并提出了建议,可为相关科学研究和工程实践提供参考。     

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。     

结构连续倒塌分析研究现状及设计方法综述

对目前国内外结构连续倒塌分析与设计方法的研究现状进行了归纳和比较,指出连续性倒塌分析可分为倒塌风险评估和倒塌仿真两种类型,概述了当今结构抗连续性倒塌的设计方法,并探讨了结构连续倒塌分析的前沿研究,以指导结构设计工作。     

Progressive collapse analysis of an RC structure

Progressive collapse denotes a failure of a major portion of a structure that has been initiated by failure in a relatively small portion of the structure. One approach to evaluate progressive collapse of structures is to study the effects of instantaneous removal of a load‐bearing element such as a column. An experimental program is carried out to study the behavior of a 3/8 scaled model of a continuous perimeter beam in a reinforced concrete frame structure following the removal of a supporting column. A detailed finite element model (FEM) is developed and verified to capture the behavior of the beam subjected to large deformation. In order to avoid a detailed FEM of the whole building and to efficiently capture the system response, a three‐dimensional nonlinear model of the structure using beam–column and shell elements is also developed. The two models are integrated through hybrid (substructuring) simulations. The potential progressive collapse of the structure and the dynamic load redistributions following column removals are studied. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

基坑悬臂排桩支护局部失效引发连续破坏机理研究

虽然已有很多基坑连续倒塌破坏的工程案例,局部破坏可能导致的连续垮塌规模和造成的后果也越来越大,但是由局部破坏发展为大规模连续破坏的机理还少有研究,也缺乏针对基坑连续破坏的控制方法和设计理论。以排桩支护的长条形基坑为例,采用显式有限差分法、离散元法及模型试验对局部支护结构失效情况下的基坑进行了模拟,对基坑土压力的重分布和支护结构受力的变化规律进行了分析和相互对比验证,初步揭示了连续破坏在基坑长度方向上的传递机理,提出了荷载传递系数的概念,即临近破坏第一根桩内力的提高倍数,并发现其是决定基坑是否发生连续破坏的重要因素。土体强度越高,荷载传递系数越高。在局部破坏发生之后很短时间内,未破坏部位土压力和结构受力迅速升高达到最大值。排桩顶设置的连续冠梁可以降低传递系数,对提高基坑支护结构抗连续破坏能力有重要作用。