钢筋混凝土框架结构连续倒塌数值分析

目的研究钢筋混凝土框架结构在地震作用下的连续性倒塌破坏机理,完善结构抗连续性倒塌的设计方法.方法采用建立的钢筋混凝土构件本构模型,对构件整体式建模,最终建立了8层空间框架结构模型.选取合适的构件破坏准则,对钢筋混凝土框架结构进行了地震作用下的连续性倒塌破坏全过程分析,分析了结构位移、弯矩等受力特性,探讨了构件破坏后的传力路径和结构连续倒塌破坏机理.结果框架结构中构件的破坏,一般始于框架梁的竖向大变形,完全倒塌的主要原因是总应变能的累积;结构首层是发生破坏的集中区域,当破坏范围自首层传至2层中跨后,结构将在短时间内完全倒塌;随着构件计算模型中捏缩效应系数的增大,框架结构整体破坏时间呈现先增大后减小的趋势;考虑计算模型中的峰值后强度退化段后,结构完全破坏的时间将会提前.结论"强柱弱梁"的受力机制有利于结构抵御连续倒塌;框架结构的首层是倒塌破坏的薄弱层;合理控制结构构件的剪跨比,可以提高结构整体的延性;若不考虑计算模型中的峰值后强度退化段,将会高估结构的抗连续倒塌能力.     

基于子结构模型的室内火灾下钢框架结构倒塌分析

根据室内火灾下结构的倒塌模式确定钢框架子结构模型的选取范围,采用矩阵分析方法推导出子结构模型的边界条件.基于易损性分析,提出了火灾下钢框架结构抗倒塌性能的简化评估方法,并以结构倒塌时间的可靠指标作为结构抗倒塌性能的定量评估标准,继而研究了起火房间位置以及防火保护对火灾下钢框架结构抗倒塌性能的影响.结果表明,角部房间以及...     

新建建筑对已有建筑附加沉降分析

用地紧张导致建筑物间距锐减,新建建筑物对邻近已有建筑物产生的附加沉降量不可忽视.根据弹性力学中的各向同性均质线性变形体理论推导了附加沉降量的计算公式,并给出了计算深度及计算宽度的确定方法.用推导的公式计算了工程实例,除个别测点外,相对误差都在10%以内,表明其具有一定的精度,方便工作中使用.     

半刚接钢框架结构抗竖向连续倒塌动力响应分析

基于向量式有限元建立半刚接钢框架结构模型,考虑初始变形,采用将构件拆除前后的静力分析和动力分析全过程统一的瞬时卸载法．通过对一平面半刚接钢框架结构进行动力非线性分析,研究底层不同柱失效后剩余结构抗竖向连续倒塌动力响应,对比不同节点转动刚度对钢框架结构抗倒塌性能的影响．结果表明,节点转动刚度对钢框架结构抗竖向连续倒塌影响较大,因此在研究钢框架结构抗竖向连续倒塌时有必要考虑梁柱真实连接刚度．     

二维无耦合微位移工作台的刚度计算与分析

文章针对一种无耦合的二维微位移工作台,推导了该工作台的刚度理论公式。首先给出了工作台的结构,推导了柔性铰链杆端点处的转角和位移;在此基础上推导了二维微位移工作台在x、y2个方向的刚度理论公式;最后采用有限元仿真计算值对刚度理论公式进行了验证。结果表明,刚度理论公式计算值与有限元仿真计算值的相对误差不超过该文给定参数范围的11.11%。     

RC空间框架结构竖向倒塌分析模型及验证

为研究钢筋混凝土(RC)空间有板框架结构竖向倒塌机制,探索该类结构竖向倒塌的数值模拟方法,在已完成的一个1∶3缩尺RC空间有板框架结构试件拟静力加载试验的基础上,建立该框架的有限元精细化模型,采用ABAQUS有限元软件完成了结构竖向倒塌全过程模拟。混凝土的本构关系采用ABAQUS提供的损伤塑性模型,钢筋材料采用弹塑性模型并引入延性损伤断裂准则,考虑钢材的损伤演化规律;材料参数根据材性试验数据确定,考虑单元之间的约束条件;按照试验加载方式进行模拟,通过能量时间历程保证求解结果的稳定性;采用显式算法进行求解,通过定义合理时间步长、定义光滑幅值曲线加载、采用瑞雷阻尼降低计算结果振荡、采用质量放大命令来加速计算等措施达到模拟计算静力问题的目标;并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:ABAQUS混凝土损伤塑性模型和钢筋延性损伤断裂准则的引入能够较好地模拟结构竖向倒塌试验全过程;在措施合理的前提下,显式求解算法用于求解静力问题具有较高的计算效率和精度;模拟结果与试验结果的框架荷载-位移曲线、破坏特征、钢筋应力等吻合良好。建立的倒塌分析模型可为研究RC框架结构竖向倒塌破坏机理和倒塌模拟提供参考。     

单层体外预应力钢筋混凝土框架抗倒塌试验研究

通过两榀单层双跨体外预应力钢筋混凝土框架结构试验研究,分析中柱失效后结构体系的抗倒塌性能。对试验模型框架受力过程进行分析,建立基于结构变形的体外预应力筋应力变化分析方法,推导出体外预应力钢筋混凝土框架倒塌破坏的极限荷载简化计算公式。研究结果表明:中柱失效后,体外预应力钢筋混凝土框架的连续倒塌过程分为4个阶段即弹性阶段、弹塑性阶段、受压混凝土破坏阶段和悬链线作用阶段,结构主要通过压拱机制和悬链线机制进行内力重分配;悬链线机制提供的抗力由侧向约束的刚度和强度决定,当柱对梁提供的水平约束不足时,框架的倒塌抗力随竖向位移的增大而不断下降;体外预应力筋可提高框架的开裂荷载、压拱作用阶段的峰值荷载以及悬链线作用阶段的极限荷载;采用所提出的公式所得计算结果与试验结果较吻合,可用来预估体外预应力钢筋混凝土框架考虑悬链线作用的极限承载力。     

爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理分析

为了探究爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对外部爆炸荷载作用下结构的连续倒塌进行了模拟。建立了结构的多尺度模型并验证其有效性;分别分析了炸药位于角柱和边中柱正前方时框架结构的破坏及倒塌情况;对比了两种工况下建筑物的倒塌过程和倒塌程度。结果表明:多尺度建模方法可以有效模拟框架结构在爆炸作用下的动力响应过程;爆炸荷载作用下目标柱损伤严重,失去承载力,结构内力重分配使相邻结构损伤,最后发生连续倒塌;炸药位于不同位置时,结构的倒塌范围有显著的不同。     

隧道开挖对地表建筑物影响的随机介质分析方法

隧道开挖必然会使地表产生下沉和变形,从而对地表建筑物产生影响。应用随机介质理论,对桐油山连拱隧道开挖引起的地表移动与变形进行了分析,推导了简化计算的具体公式,根据中导洞开挖地表移动参数按比例法确定了整个连拱隧道的地表移动计算参数,据此分析预测了隧道开挖对地表建筑物的影响情况,计算结果对指导隧道的施工有一定的意义,也为其它同类结构的设计提供了参考。图9,表1,参9。     

框架结构连续性倒塌机制的静力分析过程

针对地震作用下框架结构的连续性倒塌过程,为简化问题,首先在静力分析基础上采用现有的构件重要性系数方法进行倒塌机制的分析和计算;然后利用概念移除的方式,通过对一榀钢筋混凝土框架的分析,计算所有梁、柱的重要性系数,以此研究该框架在竖向恒、活载作用下的倒塌机制和过程.分析结果发现,在移除底层中柱后,对应各层梁的计算变形量均大于梁构件所能承受的极限变形量,因此相继发生破坏,导致结构最终倒塌,这与试验中观察到的现象基本一致.     

火灾下钢框架抗连续倒塌动力响应分析

为研究钢框架结构在火灾作用下的抗连续倒塌动力响应。通过ABAQUS有限元软件分别对二层四跨平面钢框架瞬间去柱动力试验以及平面钢框架火灾试验进行数值模拟。将数值模拟获取的竖向位移-时程曲线和破坏模态与试验结果对比,验证了有限元模型的准确性,获取的位移-温度曲线也验证了顺序热力耦合方法的适用性。在验证有限元模型有效性的基础上,进一步研究瞬间去柱的钢框架结构在不同受火温度下的抗连续倒塌动力响应。研究表明：不同节点的连接形式对钢框架进行瞬间去柱时,钢框架的破坏模态与结构的稳定性影响显著,当火灾高温下钢框架采用加强型节点时,框架柱更容易发生过度屈曲,从而更容易引发连续倒塌;温度越高,钢框架去柱后中柱节点的峰值位移值和稳定后的竖向位移值均有明显提升,结构动力响应越明显,结构抗连续性倒塌能力也越小。     

正多边形气柜带肋壁板简化分析方法

根据正多边形气柜壳体带肋壁板的构造形式和储气压力下的受力特征,将其简化为承受横向均布荷载和轴向拉力共同作用的薄壁杆件,并采用两种方法推导其应力公式.方法1是考虑剪力滞效应的影响,引入翼缘板的纵向位移假定,应用变分法的最小势能原理进行分析.方法2是按卡曼理论,将有效宽度范围内的壁板和肋组成宽翼缘横杆,应用二阶分析理论进行简化分析.两种方法所得公式值与有限元ABAQUS计算值均吻合较好.     

爆炸荷载下高层钢筋混凝土结构连续倒塌机制与模式研究

高层建筑结构构件尺寸较大,爆炸荷载作用下应力波传播造成的材料破坏效应不能忽略,需要采用精细化模型来分析其非线性响应行为与连续倒塌过程,计算效率低,实用性差.本文将多尺度建模方法引入到爆炸荷载作用下高层建筑结构的连续倒塌分析中,依据爆炸荷载作用下高层建筑结构非线性破坏与连续倒塌的特点,提出了多尺度模型不同区域的确定方法,使用该方法对某高层建筑结构的连续倒塌机制和倒塌模式进行了研究.结果表明,相同TNT当量炸药的爆炸荷载作用下,比例距离较小时,高层钢筋混凝土结构可能发生单柱失效-双向联合倒塌模式;比例距离增大至某一区间时,结构则可能发生多柱失效-竖向倒塌模式.多柱失效-竖向倒塌模式影响范围广,对结构危害大,应通过采取防护措施避免该倒塌模式的发生.     

地震作用下RC框架结构抗连续倒塌数值分析

为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,基于OpenSees非线性有限元分析平台,选用包含远场、近场及人工地震波在内的8条地震波,采用增量动力分析方法,对一榀移除中柱的试验框架结构在地震作用下的抗连续倒塌性能进行了分析,结果表明,在所选水平与竖直方向地震波共同作用下,所分析的试验框架结构在8度罕遇地震作用下未发生倒塌,具有充足的抗连续倒塌能力及较好的抗震性能.竖向地震作用会明显加剧损伤结构的竖向连续倒塌风险,水平地震作用也会减弱损伤结构的抗倒塌能力.     

电位双点滴定法研究

推导出电位双点滴定法通用的定量公式和相对误差公式，对方法的准确度进行了探讨，确定了ΔＥ值的最适宜范围     

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.     

梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌影响分析

为研究梁上部钢筋跨中布置方式对钢筋混凝土框架结构连续倒塌机制的影响,设计了2个一层四跨梁柱子结构模型,梁上部钢筋分别按跨中截断与通长进行布置,并对结构连续倒塌过程进行有限元分析。通过比较竖向荷载、梁内部轴力、梁关键截面钢筋应力随结构竖向变形所产生的变化,得到梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌机制的影响规律。结果表明,布置方式对梁机制作用前期抗倒塌能力影响较小,对后期压拱效应及悬链线机制影响较大,通长布置结构提前进入悬链线作用阶段;按经典塑性理论计算的塑性峰值荷载较实际的偏小;通长布置结构的最终承载力比截断布置的提高了18.2%,通长布置可增强结构抗连续倒塌性能。     

强震作用下高层框架结构倒塌破坏三维仿真

为了对高层框架结构在强震作用下的倒塌破坏过程进行仿真模拟和分析,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对一10层框架结构进行强震作用下的分析,从弹性工作阶段到构件开裂直至倒塌破坏的全过程进行了三维非线性仿真分析,仿真结果与真实倒塌过程吻合较好。通过合理选取计算参数和计算模型,可以成功地再现高层钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的全过程,从而发现其在强震下的薄弱环节,为揭示高层框架结构倒塌破坏机理以及提高结构的抗震性能提供理论分析依据。     

爆炸下钢柱破坏时间及残余承载力对钢框架连续倒塌的影响

建立钢框架连续倒塌单自由度(SDOF)分析模型,研究钢柱破坏时间及其残余承载力对钢框架连续倒塌的影响规律,发现钢柱破坏时间越长、残余承载力越大,结构位移响应越小.以SDOF模型响应的理论解为基础,得出在钢框架倒塌计算中是否考虑钢柱破坏时间的界限标准:当钢柱破坏时间与连续倒塌的SDOF模型周期比τ0.2时,可忽略破坏时间的影响;当τ3.0时,可采用静力方法计算结构响应;当0.2τ3.0时,需考虑破坏时间对结构连续倒塌的影响.通过对钢柱等效SDOF模型的理论分析,当其抗力模型分别为理想弹塑性和刚塑性条件时,求得柱子破坏时间的近似计算方法,并以爆炸作用后柱子变形为初始状态,结合数值方法给出钢柱残余承载力计算过程.通过对钢柱的破坏时间和残余承载力对结构倒塌影响的算例分析,表明钢柱的破坏时间(越长)和残余承载力(越大)对结构抗倒塌起有利作用,在结构抗倒塌计算时不可忽略.     

考虑弦杆约束的新型板桁加劲梁扭转变形计算方法

针对某拟建千米级跨度高速铁路悬索桥所采用的新型板桁加劲梁,依据剪切刚度等效原则,构建闭口薄壁箱形梁连续化等效模型;基于截面刚性周边假定,考虑弦杆纵向约束作用,建立连续化等效模型的扭转平衡微分方程,推导得到扭转角解析公式。构建悬索桥连续化等效单梁有限元模型,推导悬索桥加劲梁扭转角解析式。通过算例验证该解析公式计算所得加劲梁扭转角与空间精细化有限元计算结果吻合良好,弦杆纵向约束作用对新型板桁加劲梁扭转变形影响不可忽略。研究结果表明：相比于空间精细化有限元模型,连续化等效单梁模型计算所得悬索桥加劲梁挠度和扭转角最大相对误差分别为1.8%和14.7%,依据解析式计算所得相对误差分别为7.1%和6.3%;对于悬索桥加劲梁扭转刚度初步设计,上述2种方法的精度误差均在可接受范围内,且计算效率大幅提高,具有较好的适用性。