Levy型劲性支撑穹顶结构连续倒塌分析

劲性支撑穹顶结构在遭受意外冲击时,可能发生连续倒塌,造成财产损失,甚至人员伤亡,因此分析其连续倒塌性能十分必要。依据Levy型劲性支撑穹顶结构的特点,给出了杆件阀值系数及其计算公式,提出了连续倒塌判别准则及倒塌类型。提出了基于响应差值的损伤系数,给出了杆件重要性系数。依据杆件重要性系数对Levy型劲性支撑穹顶结构的杆件重要性进行计算并排序。基于连续倒塌判别准则和杆件重要性分析结果,提出了连续倒塌分析方法和流程,分析了结构的连续倒塌性能,讨论矢跨比、初始预应力对连续倒塌性能的影响。给出了劲性支撑穹顶结构抗连续倒塌的方法。研究表明：Levy型劲性支撑穹顶结构的连续倒塌类型分为无倒塌、局部倒塌和整体倒塌。结构外环杆重要性系数最大,其次是内环杆。外环杆、内环杆和节点发生破坏,结构将发生连续倒塌,其它杆件破坏结构不会发生倒塌。矢跨比越小、初始预应力越大,杆件的重要性越小。可加强节点和环向杆件根数提高结构的抗连续倒塌能力。     

具有特殊功能的钢结构节点的力学性能

为了使钢框架结构在倒塌时具有方向性并延缓倒塌时间，提出具有方向性、耗能性、延时性的新型钢框架节点.对新型节点试件进行拟静力试验，研究节点的破坏形态、滞回性能、刚度退化曲线、骨架曲线及延性性能，探讨材料屈服强度、摩擦系数和削弱深度对新型节点的影响.运用有限元分析软件Abaqus对新型节点的循环往复位移加载过程进行准确模拟，进一步分析节点的力学性能，预测构件被首先破坏的部位.结果表明：新型节点试件的破坏形态基本一致，均为低屈服点翼缘板先发生屈服破坏；设置低屈服点翼缘板和在试件表面涂抹摩擦材料可以增加结构的耗能能力，低屈服点翼缘板的屈服强度和摩擦系数越大，耗能能力越好；节点的延性性能随着腹板削弱深度和摩擦系数的增加而增加，屈服点越低，延性越大.     

穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱-钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明：穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标η高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱–钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱–钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明:穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

下弦与撑杆新构型张弦梁结构的抗连续倒塌性能

由于传统张弦梁结构冗余度较低,下弦预拉索遭受意外作用断裂时易导致结构发生连续倒塌。通过改进传统张弦梁撑杆、下弦等杆件构型与连接形式,提出一种新型张弦梁结构。基于ANSYS/LS-DYNA程序平台,采用考虑初始状态的等效荷载瞬时卸载法,对具有不同撑杆交叉角度和交叉撑杆组数量的多个新型张弦梁结构模型进行抗连续倒塌分析。结果表明：合理设计后,任一段下弦失效时,交叉撑杆将代替失效处下弦为结构提供备用传力路径,新型张弦梁结构不会发生连续倒塌,但会导致下部撑杆内力骤增,下部撑杆设计需预留较大承载余量;撑杆交叉节点越靠近下弦,剩余结构空腹桁架作用越明显,承载能力越好;交叉撑杆组数越多,结构冗余度越高,新型张弦梁结构抗连续倒塌性能越优。     

边柱失效后RC板柱结构连续倒塌性能试验研究

制作了2个缩尺比例为1/3.5的单层1×2跨的RC板柱子结构试件,对其开展了边柱失效情况下的静力倒塌试验,研究其倒塌破坏模式和破坏机理等连续倒塌性能,探讨混凝土板底配置斜向构造钢筋对RC板柱结构连续倒塌性能的影响。试验结果表明：在失效柱节点区发生冲切破坏后,相邻角柱和边柱的节点区域先后发生弯剪破坏;加载过程中混凝土板顶面和底面分别形成了以失效柱为中心的弧形裂缝分布和放射型裂缝分布;由失效柱承担的荷载在剩余结构中主要沿楼盖板的短跨向相邻柱传递;与未配置板底斜向构造钢筋的试件相比,配置板底斜向构造钢筋试件的开裂荷载、第1个峰值荷载和极限抗倒塌承载力分别提高了78.3%、32.3%和50.7%;布置斜向板底构造钢筋的试件在倒塌过程中荷载动力增大系数（DIF）的最大值和波动幅度均明显减小。分析可知,拉膜效应是板柱结构中一种重要的抗倒塌工作机制;在对边柱失效情况下的板柱结构开展静力倒塌分析时荷载动力增大系数（DIF）的取值既不应小于1.16,也不应大于2.0;配置板底斜向构造钢筋可以作为提高RC板柱结构薄弱区域抗连续倒塌性能的一种有效构造措施。最后,基于试验提出了边柱失效情况下板柱结构的抗倒塌承载力计算模型,计算值与试验值的对比表明该计算模型可用于对边柱失效情况下板柱结构抗倒塌承载力的评估。     

带转换梁的高层建筑结构抗连续倒塌性能分析

对按我国现行规范设计的一栋带转换梁的高层建筑结构进行抗连续倒塌性能分析,结果表明：支承转换梁的角柱或边柱一旦失效,结构就会发生连续倒塌;支承转换梁的内柱失效时,由于梁的悬链线作用,结构未发生连续性破坏,但有多根梁进入了塑性状态,结构发生连续倒塌的可能性较大。针对上述3种情形,提出不同的应对措施,以提高结构抗连续倒塌能力。     

不规则RC框架结构抗连续倒塌性能分析

为研究不规则RC框架结构抗连续倒塌性能，采用ABAQUS显式模型，建立二层、三层、四层不规则形式不同的十一个平面子结构模型。通过拆除构件法，在十一个平面子结构模型拆除中柱及角柱后进行考虑动力放大系数的非线性静力Pushdown分析。结果表明：当建筑结构底层中柱破坏时，不规则建筑结构形式抗连续倒塌性能降低约30%,并且随着建筑物层数的增加，数值逐渐降低。建筑底层边柱破坏时，结构不规则程度对结构抗连续倒塌能力影响较大，最大降低约60%。可见：建筑结构在满足其功能与形式的要求的前提下，降低结构的不规则程度或加强裙楼顶部水平承重构件有利于提高结构竖向抗连续倒塌能力并防止剩余结构发生连续性倒塌。     

强震作用下巨型网格结构的抗倒塌性能研究

选取圆柱面巨型网格结构为研究对象,在强震作用下,以结构的最大节点位移和杆件失效的数量以及分布作为判别标准,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件采用增量动力分析法对结构进行倒塌过程分析,研究结构的倒塌失效机理.在一系列地震波的调幅作用下通过对结构的响应分析可知,结构的倒塌是属于由几何非线性起主导作用的动力失稳倒塌.由倒塌过程中杆件失效的顺序可知,首先失效的杆件发生在支座处的上弦杆与下弦杆,然后向周边扩散至纵向桁架与拱向桁架相交网格的杆件.基于空间结构节点刚度的两种假设,即刚接和铰接,给出了节点刚度对圆柱面巨型网格结构抗倒塌性能的定量分析.结果表明,节点刚度对结构抗倒塌能力的影响较小,按照铰接节点设计圆柱面巨型网格结构是偏保守且合理的.     

钢框架腹板双角钢连接梁柱子结构抗倒塌性能分析

腹板双角钢连接作为梁柱节点的一种常用连接方式大量使用于钢结构工程中,其节点的受力性能和破坏方式与钢框架的抗倒塌性能密切相关.采用显式动力准静态法分析了腹板双角钢连接梁柱子结构在大变形下的抗力机制转换及破坏模式,并通过试验结果进行了分析验证.通过对影响钢框架梁柱子结构抗倒塌性能的主要因素(梁跨高比、连接角钢厚度及节点螺栓布置)进行参数分析,获得了一些有价值的结论,为同类连接形式的钢框架结构抗倒塌分析和设计提供参考.     

爆炸荷载作用下钢框架结构连续倒塌分析

结合美国GSA规范,采用显式有限元软件LS-DYNA,建议了一套完整的爆炸激励下结构倒塌数值计算分析方法,并对一栋4层钢框架结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌过程进行了仿真分析,研究了钢框架结构的连续倒塌机制、各结构构件的破坏形式和受力状态.本文建议的方法可以较为真实、准确地模拟结构在爆炸激励下的倒塌全过程.进一步的研究还发现:当部分结构构件被炸坏后,结构倒塌过程中,悬链线机制对结构的倒塌形式和构件的渐进破坏形式产生很大影响;悬链线拉力直接或间接导致了结构构件的局部翘曲和整体塑性失稳.     

钢筋混凝土抗震框架连续倒塌行为分析

以某抗震设防框架为研究对象,采用S A P2000有限元软件,依次拆除底层纵向边柱、横向边柱、角柱和内柱,研究抗震框架的倒塌破坏行为。以做功平衡原理建立了柱失效处梁配筋调整计算公式,并进行了配筋调整设计。结果表明：7度和8度抗震设防的框架结构仍会发生连续性倒塌,但是抗倒塌能力随着设防等级的提高而提高,抗震设计不能够完全替代抗倒塌设计;柱失效导致结构发生连续坍塌破坏的危险性由小到大依次为内柱、横向边柱、纵向边柱、角柱;梁铰机制在结构抗倒塌中的作用尤其重要,倒塌破坏时以梁的弯曲破坏为主,剪切破坏较少出现;线弹性静力分析计算的供需比最大值一般出现在失效柱上一层的相邻梁上,而非线性静力分析的最大破坏出现在与失效柱相连的梁上,但是二者对结构可能的失效位置判断基本一致。     

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。     

无黏结预应力装配式框架内节点抗震性能研究

通过5个框架内节点试件在低周反复荷载下的加载试验,对无黏结预应力装配式混凝土框架节点的破坏形态、滞回特性、变形恢复能力、位移延性、能量耗散等性能进行了研究．为建立该结构的抗震设计方法提供依据．结果表明,无黏结预应力装配式混凝土框架节点具有良好的抗震性能,在延性和变形恢复能力上比现浇框架节点更优．     

梁-H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁-柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接、全螺栓连接子结构试件并命名为RWUF、RWUT。对子结构试件进行单调静力加载试验并对比了破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,弱轴栓焊连接试件在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展直至丧失承载力,弱轴全螺栓连接试件的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升;基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响了结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

基于构件拆除法的不规则预压装配式框架连续倒塌分析

文章通过ABAQUS有限元模拟软件建立了L形平面不规则预压装配式PC框架,设置多种不同工况,研究了拆除各个位置承重柱后该框架剩余结构的抗连续倒塌机理。研究表明：预压装配式结构可提高结构整体的最大抗力;预应力钢筋的配置可提高结构的抗连续倒塌能力,并在悬链线阶段提高效果明显;柱失效位置对结构抗连续倒塌有着重大的影响,转角柱的结构抗连续倒塌性能介于内柱与长边中柱之间,其破坏位置越低、破坏时间越早,破坏范围越大。     

低周反复荷载下装配式框架连接的性能

通过三个框架节点在低周反复荷载下的试验,对无粘结预应力装配式混凝土框架连接的破坏形态、滞回曲线、变形恢复能力、位移延性、能量耗散等性能进行了研究。结果表明,无粘结预应力装配式混凝土框架连接具有良好的耗能能力,在延性和变形恢复能力上比现浇连接更优。     

江南地区宋元时期传统木构铺作对结构整体抗连续倒塌性能的影响

为了研究江南地区宋元时期传统木构建筑的抗连续倒塌性能,选择典型实例,通过三维扫描测绘建立实例及对应无铺作大殿的有限元模型,并进行抽柱后结构的空间推覆分析,研究铺作在空间木构架连续倒塌时对结构传力路径及极限承载力的影响.结果 表明:对于江南地区宋元传统木构建筑,当某根柱突然失效时,周围的梁、枋、棹、阑额等横向构件可以提供...     

网架结构连续倒塌性能的试验研究

进行了跨度为1.25 m、5×5网格、网格尺寸0.25 m×0.25 m、高度0.175 m的四角锥网架结构模型的连续倒塌试验,研究网架结构受力最大的腹杆初始失效后,网架结构其余杆件受力变化及结构的连续倒塌全过程,观测杆件的荷载-应力曲线、荷载-位移曲线,分析网架结构连续倒塌的性能和特点。网架结构的连续倒塌主要是由受压杆件的屈曲失稳引起的,破坏比较突然。