爆炸冲击对多层钢框架连续倒塌性能的影响

以5层钢框架结构为对象,对钢框架在爆炸冲击作用下的连续倒塌性能进行了研究.采用备用荷载路径法,分别对钢框架结构进行了静力非线性、动力非线性以及爆炸冲击作用下的动力非线性连续倒塌分析.分析结果表明:在常规的静力和动力非线性分析中,该框架具有良好的抗连续倒塌能力;在5 kgTNT的初始爆炸冲击作用下,钢框架的变形比常规分析...     

带梁式转换层框支剪力墙结构抗连续倒塌分析

为研究带梁式转换层框支剪力墙结构的抗连续倒塌能力及变形程度,通过有限元软件建立本结构的三维模型,基于备用荷载路径法,以某带梁式转换层的框支剪力墙结构为研究对象,选取不同失效工况分别进行非线性分析,研究初始破坏后剩余结构的节点位移、内力机制及内力重分布过程.结果表明:根据各个工况下对失效点变形情况可得底层位移大于转换层位移;同层不同位置柱的对应位移大小依次为角柱、内柱、长边中柱、短边中柱;承重柱失效后其相邻构件的不平衡内力分担情况遵循"就近原则".     

基于抽柱法的钢框架连续倒塌分析

为较准确地进行连续倒塌分析,对抽柱法分析框架连续倒塌时柱失效时间取值、柱失效位置等问题进行研究.采用动力非线性计算方法分别对不同跨度和高度的空间纯框架及框架支撑结构进行连续倒塌模拟分析,得到结构动力效应与柱失效时间的关系曲线和各失效点的位移时程曲线.分析结果表明:随着柱失效时间的减小,结构的动力效应趋于收敛;柱失效位置对剩余结构的影响较大,某些情况下可能会导致剩余结构产生共振.建议在对结构进行连续倒塌分析时,取剩余结构竖向振动周期的1/10,不应大于1/5.柱间支撑作为抗连续倒塌的一道防线起到的缓冲作用能很好地提高结构抗连续倒塌能力.     

构件抗力与多层钢框架结构抗倒塌能力的关联性分析

讨论构件抗力与结构抗力的关联性,分别给出不同结构参数下(层数与跨数)层间抗弯能力、层间水平约束以及大变形阶段层间极限轴力的计算模型。借助构件性能指标并结合各层构件的实际受力状态(包括拉弯、受弯和压弯),得到多层框架起始屈服抗力、最终屈服抗力与极限抗力的计算式。通过可靠的数值模型对多层钢框架模型抗力评估过程的3个步骤进行验证与分析。研究结果表明,多层框架层间内力主要体现为小变形阶段层间抗弯能力与大变形阶段层间轴力的差异;计算结果与数值结果较为接近,该理论方法可体现层间内力的相互作用并建立构件与结构抗力之间的关系,为多层钢框架抗倒塌能力的评估与计算提供参考。     

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200 mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250 mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。     

水平分布柱间支撑对多高层钢框架抗连续倒塌性能的影响

通过LS-DYNA动力非线性分析,研究了水平支撑对多高层钢框架结构抗连续倒塌性能的影响.以一幢10层钢框架结构为原型,分别对纯框架和二层布置水平支撑2种结构方案进行了分析.采用备用荷载路径法,即在结构稳定状态下突然移除底层1根或相邻2根承重柱,分析结构在移除底层柱后的动力响应.分析结果表明,水平支撑能显著减小破坏部位的竖向位移,使同层各柱轴力分配趋于均匀化,从而提高结构的抗连续倒塌能力.根据有限元计算结果并考虑到经济因素的影响,多高层钢框架底层柱子轴压比在常规荷载作用下应控制在0.3～O.4之间.     

基础隔震山地掉层框架结构抗连续倒塌性能研究

山地隔震结构本身具有特殊性,因此其破坏模式、受力性能与普通平地隔震结构体系有很大的不同.为了研究基础隔震山地掉层结构的抗连续倒塌性能,首先对一榀4跨3层平面框架拟静力试验进行数值模拟并验证了LSDYNA纤维单元模型的可靠性,根据中国规范设计了6个基础隔震掉层体系框架和1个普通平地隔震结构,基于拆除构件法对剩余结构进行抗倒塌性能研究,得到其荷载系数与失效点竖向位移曲线.研究结果表明,拆除下接地角柱(支座)、上接地角柱时,平地隔震结构的抗倒塌能力大于掉层隔震结构;拆除上接地支座时,平地隔震结构的抗倒塌能力弱于掉层隔震结构;隔震山地掉层框架结构邻近坎下边支座(底层柱)失效跨的抗力机制要滞后于上接地跨的抗力机制,可为基础隔震山地掉层框架结构的抗连续性倒塌设计提供参考.     

基于组合楼板影响的空间钢框架连续倒塌分析

建筑结构在意外事件情况下的连续倒塌问题,已成为国内外土木工程学科的研究热点。钢与混凝土组合楼板作为目前钢结构常用的楼板形式,对结构的抗连续倒塌能力影响较大。采用拆除构件法对不带楼板、带钢筋混凝土楼板和带组合楼板的9层空间钢框架进行了连续倒塌仿真计算,分析比较了不同框架的自振周期、破坏模式、相邻构件内力变化与失效机制等,研究了组合楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。研究表明,考虑组合楼板后空间钢框架结构的抗连续倒塌能力得到显著提高,且提高程度大于钢筋混凝土楼板。     

基于GSA规范改进方法的框架结构连续性倒塌分析

为评估框架结构抗连续性倒塌潜力,结合GSA(general services administration)规范,采用备用荷载路径法进行连续性倒塌分析.在介绍GSA规范的基础上提出了一些改进,并阐述了评估结构抗连续性倒塌潜力的方法.基于GSA规范的改进方法,利用有限元软件ANSYS中的Beam188和Shell63单元建立三维框架有限元模型,采用生死单元法分别"杀死"长边中柱、短边中柱、角柱和长边两根柱,评估结构在上述工况下抗连续性倒塌的潜力.结果表明,对于典型的框架结构,长边靠中央的2根柱失效会造成结构的局部连续性倒塌,为建筑物的抗连续性倒塌设计提供了依据.     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌动力放大系数

研究了钢筋混凝土框架结构连续倒塌破坏设计中的动力放大系数的取值,系统性地研究了结构的最大塑性转角、高度、宽度、配筋率及跨度对动力放大系数的影响.结果表明:不同结构的动力放大系数变化趋势一样,最大值仅为113,远远小于美国GSA规范给定的20;动力放大系数随着最大塑性转角的增加而减小,随着截面配筋率的增加而增加;结构的角柱失效的动力效应大于内柱的失效;结构不同的高宽比、跨度、截面尺寸和荷载大小对动力放大系数影响不大.     

3层RC框架的抗连续倒塌设计

结构的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题.国外自1968年英国Ronan Point公寓倒塌事件发生以来,已经对连续倒塌问题进行了30余年的研究,并编制了相关设计规范,而我国规范目前尚未规定详细抗连续倒塌设计方法.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,对按照我国现行混凝土结构设计规范设计的3层钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真,分析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,指出了其中存在的一些问题.     

建筑钢结构抗连续性倒塌各国规范设计及分析

为了给中国高层建筑钢结构抗连续性倒塌设计提供参考和思路,简要介绍了英国、欧洲、美国、日本等国家和地区抗连续性倒塌设计的构造措施、设计方法及流程等,重点针对各种规范关于分析方法、去除构件位置、荷载施加、破坏准则等关键问题,综合比较各种设计方法的优缺点和适用范围。分析表明,拉结强度法缺乏理论验证,去除构件法并未考虑构件失效时间和柱残余承载力对动力效应和内力重分配的影响,分析结果过于保守,关键构件法中偶然荷载的量化还存在争议。设计中应根据用途、重要性以及层数对结构进行分类,针对不同结构分类采取不同等级的抗连续性倒塌设计方法,同时应针对新建结构和已建结构区别对待。     

二层钢框架—组合楼板体系抗倒塌试验研究

框架梁设计时按组合梁考虑混凝土楼板刚度,设计2层钢框架—组合楼板结构体系,采用卷扬机对拟失效柱突然施加水平力将其从体系中"去除",进行抗倒塌试验研究剩余结构抗倒塌性能.试验结果表明:由于组合楼板的加强作用,试验框架具有较高的冗余度,组合楼板和框架梁共同作用,提供了较高的抗弯刚度,使得框架柱失效后形成新的荷载路径,各构件未发生继发性破坏.由此可见,采用组合楼板时,按现行规范进行设计的框架结构具有较高的冗余度,混凝土楼板在框架结构抗倒塌性能分析中的作用需要进一步评估.     

爆炸荷载作用下建筑结构连续倒塌分析与防连续倒塌设计研究进展

连续倒塌是结构局部某个关键构件的破坏导致相邻构件失效继而引发更多构件破坏,最终导致结构整体倒塌或者产生与初始触因很不相称的大面积倒塌的连锁反应.爆炸荷载作为一种非常规荷载,具有传播迅速、峰值大、作用时间短等特点,是造成建筑结构连续倒塌的主要原因之一.本文在建筑结构连续倒塌已有研究的基础上,提出了结构连续倒塌分析的分类方法;并进一步根据结构连续倒塌分析的目的,将结构连续倒塌分析方法分为结构抗连续倒塌性能评价方法和结构连续倒塌全过程分析方法.通过文献综述,详细介绍了结构抗爆炸连续倒塌性能评价方法和结构抗爆炸连续倒塌全过程分析的最新研究进展;给出了建筑结构防爆炸连续倒塌的概念设计方法和构造措施,提出了建筑结构防爆炸连续倒塌设计的步骤和方法.     

钢筋混凝土框架梁柱子结构抗连续倒塌动力分析

为了研究钢筋混凝土(RC)框架梁柱子结构的动力抗连续倒塌性能。通过有限元软件建立的精细化模型对两榀中柱移除的RC框架梁柱子结构静力试验进行了数值模拟。从数值模拟获取的荷载-位移曲线及破坏模态与静力试验结果对比基本吻合,能够较好地预测RC框架梁柱子结构在中柱失效后破坏的全过程。通过采用瞬间去柱的加载方式,在验证完成的RC框架梁柱子结构精细化模型基础上进行动力响应分析,并基于能量法进一步研究了结构的动力性能。研究表明:在荷载达到第一峰值荷载之前,在相同位移下采用有限元分析得出的动力抗力要高于能量法分析所得结果,但更接近实际情况。