考虑楼板效应的钢框架结构连续倒塌分析

基于抽柱法对GSA2003建议的角柱失效、边柱失效及内柱失效三种工况对一钢框架结构进行了连续倒塌模拟。通过对比不同失效时间这三种工况下剩余结构竖向位移时程曲线、静力及动力荷载作用下抗力提高系数曲线来探究楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。以1/10剩余结构竖向自振周期T_2/10为失效时间,探究在抽柱后,楼板对剩余结构传力路径的影响作用。结果表明:失效时间越短,纯框架结构振动响应越明显,含楼板结构仅在角柱失效工况下失效时间对结构振动响应影响明显;以T_2/10可较好的反映构件失效后剩余结构动力响应,忽略楼板作用可能低估结构抗连续倒塌能力,边柱失效及内柱失效工况下楼板对结构抗连续倒塌能力改善较明显;通过抗力提高系数R可知,失效时间较长时,动力分析与静力分析结构比较接近,可采用静力分析代替动力分析;楼板加速结构新传力路径的形成,提高了结构整体稳定性,提高了结构的抗连续倒塌能力。     

考虑楼板作用的钢框架抗连续倒塌动力分析

为研究考虑楼板作用的钢框架抗连续倒塌动力性能,运用结构动力学原理对简化力学模型进行理论分析,研究支撑柱失效时间与结构动力响应的关系,基于SAP 2000平台对考虑和不考虑组合楼板的钢框架有限元模型进行弹塑性动力反应分析,研究柱不同失效时间对失效点位移、振动频率等方面的影响。通过提出组合楼板薄膜效应对结构抗力提高系数ψ,量化组合楼板在连续倒塌过程中所起作用。结果表明:剩余结构动力响应随着柱不同的失效时间而变化,当失效时间为竖向自振周期的10%时,动力效应最大;组合楼板的存在能大大降低结构的最大动力响应,明显减小失效点位移,通过拉力薄膜效应可提高结构抗力至原来的1.6倍左右。     

不同边界条件下采用半刚性节点三维组合楼板子结构连续倒塌行为试验研究

通过试验研究了4种不同拆柱位置采用半刚性节点大尺度三维组合楼板子结构的连续倒塌行为,对比分析了不同边界条件下三维组合楼板结构体系破坏模式和结构响应的异同,并对组合楼板的作用进行了量化分析。研究结果表明:失效柱位置不同时,结构的失效模式存在一定的差异;组合楼板的存在提高了结构的承载力,尤其是在大变形阶段更为显著;边界条件越强,组合结构抗连续倒塌性能越强;外部柱失效对结构抗连续倒塌产生的不利影响远远大于内部柱失效的情况,即当结构在外部柱失效情况下有足够的鲁棒性能,整体结构就不会发生连续倒塌。     

不同边界条件下采用半刚性节点三维组合楼板子结构连续倒塌行为试验研究

通过试验研究了4种不同拆柱位置采用半刚性节点大尺度三维组合楼板子结构的连续倒塌行为,对比分析了不同边界条件下三维组合楼板结构体系破坏模式和结构响应的异同,并对组合楼板的作用进行了量化分析。研究结果表明:失效柱位置不同时,结构的失效模式存在一定的差异;组合楼板的存在提高了结构的承载力,尤其是在大变形阶段更为显著;边界条件越强,组合结构抗连续倒塌性能越强;外部柱失效对结构抗连续倒塌产生的不利影响远远大于内部柱失效的情况,即当结构在外部柱失效情况下有足够的鲁棒性能,整体结构就不会发生连续倒塌。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

论文基于备用荷载路径原理,采用非线性静力和非线性动力分析方法,研究了填充墙的布置对框架结构连续性倒塌性能的影响.建立一个4层RC框架结构模型,分别对纯框架结构和考虑填充墙布置的框架结构进行了分析,移除首层框架中柱,分析剩余结构在移除柱后的动力响应.分析结构表明,填充墙不仅能承受一定的竖向荷载,还能增大剩余结构的延性和失效跨内荷载重分配的范围,减小失效点的竖向位移,从而提高了结构的抗连续性倒塌能力.填充墙的不均匀布置对结构抗连续性倒塌性能有明显的消弱作用,在进行结构抗连续性倒塌设计时,应特别注意填充墙的数量和布置方式,避免形成薄弱层.     

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。     

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。     

钢框架结构动力连续倒塌分析

采用可考虑塑性分布的梁柱单元模拟材料非线性,并建立了考虑初始变形的动力连续倒塌分析模型。通过对钢框架结构进行详细的连续倒塌分析,研究了底层柱失效时间对结构响应的影响和竖向荷载传力路径以及梁的受力机理,并对框架破坏后的连续倒塌状况进行了评估。结果表明,失效时间小于自振周期时,失效时间的长短对框架的动力响应有显著影响;局部破坏导致上部结构形成新的竖向传力路径,上部不平衡的竖向荷载由失效柱相邻的柱承担;结构在局部承重柱失效后上部梁中弯矩内力发生重分布现象,失效柱上方的梁端弯矩作用方向发生改变,且弯矩值明显增大。文中按我国规范设计的框架结构在单根柱失效的情况下不会发生连续倒塌。     

钢骨混凝土框架结构抗连续倒塌分析

建筑物连续倒塌的原因主要是由于偶然或突发荷载作用,导致结构出现与初始破坏不成比例的大面积坍塌。针对这一特点,本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对一榀大跨钢骨混凝土框架结构进行数值分析。分析其在单根边柱、角柱失效情况下剩余结构动力响应,包括失效节点竖向位移、梁端弯矩、柱轴力以及框架抗连续倒塌机制。研究表明:拆除构件柱子后,离柱子越近的柱的轴力变化值越大;离拆除柱越远,梁端弯矩的影响越小;拆除边柱对与拆除中柱相比较,拆除边柱对结构的抗连续倒塌更为不利,易于出现连续性倒塌。     

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。     

五层足尺预应力压接装配框架结构抗连续倒塌能力有限元分析

为研究预应力压接装配混凝土框架(PPEFF)体系的抗连续倒塌性能，基于ABAQUS/Standard隐式有限元分析平台，采用多尺度非线性动力分析模型对五层足尺试验模型的顶层角柱、四层边柱和底层角柱失效后的状态分别进行了有限元模拟，并与试验结果进行了对比。在此基础上对拆柱等效冲击加载时间、有无楼板作用和楼面重力荷载代表值大小进行参数分析，分析了相关参数对PPEFF抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明：有限元分析结果与试验结果吻合良好；拆柱等效冲击加载时间对结构的稳态位移影响较小，试验采用滑块与双微摩擦面构造的加载方法可行；楼板对结构的抗连续倒塌性能有较大影响，能够降低剩余结构的竖向振动幅度，提高剩余结构的抗连续倒塌性能；楼面重力荷载代表值提升100%的情况下，仅局部混凝土进入塑性，钢筋与预应力筋仍处于弹性工作状态，结构变形较小，PPEFF仍具有良好抗连续倒塌性能。     

支撑对装配式钢框架抗连续倒塌性能影响

为研究不同支撑形式对装配式钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,建立4种不同支撑形式的模型,利用SAP 2000有限元软件,以6层装配式钢框架结构为原型,并采用构件拆除法,在分别拆除长边中柱、短边中柱、角柱、内柱的4种工况下对模型进行动力非线性分析。分析结果表明:支撑所在跨的框架柱失效后,支撑对结构抗连续倒塌作用明显,隔跨柱失效后,支撑对剩余结构抗连续倒塌性能的影响很小。     

铁路站台单柱雨棚结构抗连续倒塌性能分析

采用非线性动力拆除构件法,对铁路站台有柱雨棚"Y"形钢筋混凝土典型单元进行了抗连续倒塌性能分析,研究了结构的连续倒塌抗力机制和失效模式;并对不同柱距、不同抗震设防烈度及不同楼板的雨棚结构进行了分析和对比。局部构件失效后,剩余结构抗倒塌机制主要为梁机制和悬链线机制;在边柱失效后,剩余结构承载机制仅有梁机制,结构抗连续倒塌性能较弱;在中柱和内柱失效的情况下,剩余结构具备梁机制和悬链线机制提供的抗倒塌承载力,结构抗连续倒塌性能较强;柱距增加,雨棚结构抗连续倒塌性能减弱;抗震设计对于结构梁机制相对承载力的提升较大,对悬链机制相对承载力的提升取决于梁内通长钢筋的增幅;整体现浇楼板对雨棚结构抗连续倒塌性能的增强效果显著,梁机制和悬链线机制的相对承载力均有较大提高。     

基础隔震结构连续性倒塌的非线性动力分析

基于备用荷载路径法,以基础隔震结构体系为研究对象,采用非线性动力分析方法分别对底层框架柱和隔震支座意外失效时剩余结构连续倒塌情况进行分析。同时,根据性能化设计评估方法 FEMA356中塑性铰力与位移关系曲线提出了反映受损结构抗倒塌性能的评价指标。研究表明,利用结构性能化指标可以较为准确地评判剩余结构的连续倒塌形态;且隔震支座失效对剩余结构造成的影响弱于底层框架柱失效所造成影响,但两种失效情况所引起剩余结构的响应趋势是一致的。     

RC框架结构梁板柱空间协同抗连续性倒塌非线性有限元分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法,考虑梁板柱空间协同效应,经对一单层2×2跨RC空间板柱结构中柱失效倒塌试验模拟分析并与试验结果对比之后,分别对三种不同抗震设防RC空间框架结构模型进行连续性倒塌非线性仿真分析,得出随抗震设防烈度提高,框架结构抗连续性倒塌的空间刚度增大,倒塌模式从"缓变型"向"陡变型"转变;抗震设防烈度越高,结构竖向抗连续性倒塌能力越强;楼板膜效应延缓了梁悬链线阶段的出现,而框架梁对楼板膜应力机制和悬链面机制起到加强作用,楼板与框架梁协同工作在悬链线(面)阶段整体提高竖向抗连续性倒塌能力等研究结论。     

五层足尺预应力压接装配框架结构顶层角柱失效试验研究

为研究预应力压接装配混凝土框架(PPEFF)结构的抗连续倒塌性能，根据国内外现行抗连续倒塌规程中的拆除构件法，设计并建造了一栋2×2跨带楼板的五层足尺PPEFF结构，进行了结构动力特性测试和顶层角柱失效下的抗连续倒塌试验。通过动力特性测试得到了结构的固有频率与阻尼特性，结构实测周期与采用梁柱节点刚接假定的分析结果吻合良好。提出了滑块与双微摩擦面构造及结构柱移除试验方法，能较好地模拟结构柱移除前结构的正常承载状态，操作简便快捷。基于上述方法，开展了移除角柱的抗连续倒塌试验，采用位移计和基于数字图像处理的非接触式位移测量设备，分别获得了顶层角柱失效后的动态响应，两者最大动态位移幅值和残余位移相差不超过3%,吻合良好。试验结果表明，顶层角柱失效后，试验结构在正常使用荷载作用下的抗连续倒塌机制以双向梁悬臂受弯作用为主，楼板作为受拉翼缘提高了梁的悬臂受弯作用，角柱所承担的竖向荷载在剩余结构内进行了重分布，梁内纵向钢筋、楼板钢筋和预应力筋均处于弹性状态，拆柱处悬臂结构最大瞬态转角仅为1/273,PPEFF在顶层角柱失效时具有优异的抗连续倒塌性能。     

楼板对结构连续性倒塌影响研究进展

介绍了相关学者对楼板对混凝土结构连续性倒塌影响方面的研究成果,从楼板的薄膜效应、抗冲切性能、加固后楼板抗连续性倒塌性能的变化和动力作用下楼板的抗连续性倒塌性能四个方面,分别介绍了楼板在结构抗连续性倒塌过程中的受力性能,阐述了楼板对结构的重要性。     

空间管桁架结构连续倒塌试验研究

为揭示空间管桁架结构的连续倒塌破坏机理,对空间管桁架结构平面体系进行了连续倒塌动力试验研究。试验设计了杆件失效激发装置,模拟了桁架杆件的初始破坏,通过对剩余结构杆件应变和节点位移的测量,以考察剩余结构的动力响应。试验结果与数值模拟分析结果的比较说明,基于OpenSees程序的连续倒塌数值模拟分析能够较好地模拟初始局部破坏后剩余结构的动力响应。试验结果表明,下弦杆初始破坏后,结构发生转动铰机制下内力重分布,易引起较大的竖向变形及杆件内力变化,对结构的抗连续倒塌性能产生不利影响;且桁架弦杆对接焊缝的质量显著影响了结构的抗连续倒塌能力。     

RC框架抗连续性倒塌现浇板作用

我国RC框架结构抗连续性倒塌研究和试验通常不考虑现浇板作用.针对该问题,建立考虑填现浇板内钢筋的RC框架结构模型,运用拆除构件法,对剩余结构进行非线性动力分析,对计算结果进行对比,研究了板内钢筋和板厚度对结构抗连续性倒塌能力的影响,得到了在现浇板厚度小于180mm时,现浇板内钢筋对结构抗连续性倒塌能力有较大提高的结论.     

直接分析法在连续倒塌中的应用

结构连续性倒塌分析中的核心问题主要有材料非线性、初始缺陷、动力效应和悬链线效应。结构的抗连续性倒塌性能设计验算主要采用构件拆除法,将关键竖向承载力构件拆除后检验结构的响应。结构整体分析可采用线性静力分析、非线性静力分析和非线性动力分析三种方法。采用基于非线性静力分析的直接分析法,在分析中直接考虑对结构响应有影响的因素,如材料非线性、初始几何缺陷、残余应力、节点连接刚度等,以整个结构体系为对象进行抗连续性倒塌分析。基于NIDA软件,通过一个算例体现了GSA和UFC规范中的构件拆除法的设计过程,并与传统的线性静力分析结果作比较。