成都市规划展览馆辅楼抗连续倒塌评估(Ⅱ)#br# ——基于IDA的弹塑性动力分析

成都市规划展览馆辅楼因建筑功能需要,具有大跨度、大悬挑、竖向抗侧力构件不连续、楼板局部不连续等结构特点。作为城市重要的大型公共建筑,需要评估其地震作用下的抗连续倒塌能力。首先,采用有限元软件Midas Gen建立有限元模型,并基于改进的IK骨架模型,模拟结构在地震作用下的非线性行为;其次,根据结构所在场地类型,选取20条地震动记录,并采用增量动力分析的方法对结构进行三向地震激励下的弹塑性动力分析,在此基础上,定义基于性能的结构倒塌判别准则,分别以结构最大层间位移角和梁端转角为结构损伤指标,根据增量动力分析结果对结构进行易损性分析;最后,根据结构整体的倒塌安全储备能力,评估结构的抗倒塌性能。研究结果表明：在7度罕遇地震作用下,结构发生侧向增量倒塌的概率为0.14%,发生竖向连续倒塌的概率为10.82%;在7度多遇地震和设防地震作用下,结构发生侧向增量倒塌和竖向连续倒塌的概率基本为0。同时,该结构的水平破坏倒塌安全储备系数为2.708,竖向破坏的倒塌安全储备系数为1.469。评估结果表明：该结构在地震作用下具有较好的抗连续倒塌性能。     

基于线性静力法对框架结构抗连续倒塌的研究

针对结构体系连续倒塌问题,基于线性静力法运用Sap2000有限元分析软件对RC框架结构采用拆除构件法对结构底层不同位置的柱进行移除,研究了结构内力及供需比的变化。     

基于GSA指南的RC框架抗连续倒塌的线性静力分析

结构连续倒塌分析是结构抗连续倒塌能力评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前土木工程界国内外的热点研究领域.结构连续倒塌的分析方法有线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析和非线性动力分析4种.基于设计效率和实用性,本文采用GSA指南的静力线性分析方法,对按我国规范设计的5层钢筋混凝土结构进行连续倒塌分析,选取不同位置拆除承重构件并计算剩余结构破坏情况的性能指标DCR值,最后,根据DCR值考察其抗连续倒塌能力.     

基于GSA指南的RC框架抗连续倒塌的线性静力分析

结构连续倒塌分析是结构抗连续倒塌能力评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前土木工程界国内外的热点研究领域。结构连续倒塌的分析方法有线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析和非线性动力分析4种。基于设计效率和实用性,本文采用GSA指南的静力线性分析方法,对按我国规范设计的5层钢筋混凝土结构进行连续倒塌分析,选取不同位置拆除承重构件并计算剩余结构破坏情况的性能指标DCR值,最后,根据DCR值考察其抗连续倒塌能力。     

某活动中心抗连续倒塌评估分析

按我国现行《建筑结构抗倒塌设计规范:CECS392∶2014》[1]拆除构件法的要求,选取某活动中心易遭到撞击、爆炸等偶然事件袭击的1层角柱、周边柱作为敏感构件,对敏感构件拆除失效后的中央锥体钢结构子结构进行抗连续倒塌评估分析,得出如下结论:拆除敏感构件后,剩余结构形成新的传力路径,结构内力发生重分布,弯矩内力图保持连续;中央锥体结构冗余度较高,不会发生连续倒塌;种植屋面恒荷载较大,较多杆件超过钢材屈服应力,易发生连续倒塌。工程中应对重载屋面连续倒塌引起足够重视。     

某Z字形连廊结构抗连续倒塌性能评估

以某Z字形连廊结构为研究对象,采用拆除构件法评估了该结构的抗连续倒塌性能。基于SAP2000程序,建立其有限元模型。通过基于节点位移的敏感性分析确定该连廊的关键构件。基于考虑初始状态的等效荷载瞬时加载法对连廊结构进行抗连续倒塌分析,采用规范建议的准则评估其抗连续倒塌性能。结果表明：对于该Z字形连廊结构,转角处或跨中处的柱被拆除时,结构位移响应较其他位置柱拆除时变化更为明显,可确定其为关键构件;在关键构件被拆除的情况下,剩余结构的水平钢梁梁端转角均未超过限值,结构未发生连续倒塌;该连廊结构设计较为合理,具有良好的抗连续倒塌性能;增加一定数量的斜撑后,其抗连续倒塌能力可得到增强。     

Geiger型索穹顶结构模型抗连续倒塌试验研究

索穹顶结构冗余度低,关键构件的破坏可能会引起结构连续倒塌。为了解索穹顶结构的抗倒塌性能,并找出影响该结构体系抗连续倒塌性能的关键构件,采用拆除构件法对跨度6 m的Geiger型索穹顶结构模型进行了抗连续倒塌试验研究。结果表明：单根构件破断后,除个别构件外,其他大多数构件的内力均减小;不同工况下,产生最大竖向位移的节点随破断构件的位置不同而不同,单根构件破断引起的结构最大竖向位移为跨度的1/14;影响索穹顶结构抗连续倒塌性能的关键构件是环索及外斜索;对于同类型构件,构件失效位置对结构抗倒塌性能的影响由内向外依次增大;保证外圈环索不失效是索穹顶结构抗倒塌的关键。     

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。     

超长复杂隔震结构抗连续倒塌性能分析

以某医院的超长复杂隔震结构为工程背景,对超长复杂隔震结构进行了抗连续倒塌研究。运用非线性有限元软件建立考虑楼板作用的精细三维模型和未考虑楼板作用的简化三维模型,通过非线性动力拆除构件法对两种模型进行了分析,对比两种模型的抗倒塌能力。结果表明：该超长复杂隔震结构仅拆除1根柱时,结构未发生连续倒塌,且角柱对该隔震结构的连续倒塌影响较大|拆除2根柱时,未考虑楼板作用的简化三维模型发生了连续倒塌,而考虑楼板作用的精细三维模型未发生连续倒塌。因此,不考虑楼板作用的简化三维模型计算结果会偏于保守,进行结构抗连续倒塌时需考虑楼板的影响。     

多层钢框架抗连续性倒塌分析

自1968年英国Ronan Point公寓倒塌事件以来,国外已经对连续倒塌问题进行了四十多年的研究,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。参考美国公共事务管理局编制《联邦办公楼和大型现代建筑连续性倒塌分析和设计指南》（GSA2003）提供的设计方法和流程,利用ABAQUS有限元软件,采用拆除构件法,对一榀钢框架进行了连续倒塌分析,得出此框架满足抗连续倒塌相应要求以及相应的受力特性和位移特点。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,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。     

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。     

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。     

钢筋混凝土多层框架结构抗连续倒塌分析

在国内外关于结构抗连续性倒塌的研究现状及主要成果基础上,总结了结构抗连续性倒塌设计方法,运用PKPM软件作为计算手段,采用拆除构件法对钢筋混凝土框架结构进行抗连续性倒塌能力研究.     

海口双子塔-南塔结构抗连续倒塌分析

结构连续倒塌会造成严重生命财产损失,高层建筑在偶然作用发生时应具有适宜的抗连续倒塌能力。采用《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)的拆除构件法和附加侧向偶然作用法计算分析了海口双子塔-南塔结构抗连续倒塌性能,结果表明剩余构件的应力比满足抗连续倒塌要求;动力弹塑性计算方法复核验算结果表明,结构因构件拆除而产生的动力效应并不明显,剩余构件均未出现塑性行为。两种方法均表明海口双子塔-南塔结构具有良好的冗余度和抗连续倒塌能力。     

框架结构倒塌动力因素的分析

以抗连续倒塌设计指南为标准,利用大型有限元软件ANSYS,采用拆除构件法对钢筋混凝土框架结构进行线性静力和动力分析。通过计算分析比较,得出动力分析对结构影响更大。随后对结构拆除后的动力因素影响进行分析。     

基于多尺度建模的高铁站雨棚结构抗连续倒塌分析

高速通过的失控列车是高铁站雨棚结构的倒塌风险源,对雨棚结构进行抗连续倒塌分析具有重要意义。为兼顾有限元分析的精度和效率,引入一致多尺度有限元结构建模方法,通过算例验证其应用于结构倒塌动力分析的合理性与准确性。以某高铁站的2个雨棚结构为背景,选取易受失控列车影响的区域建模,利用LS-DYNA建立多尺度模型。采用拆除构件法分析拆除柱后剩余结构的非线性动力行为,以考察雨棚结构的抗连续倒塌性能。结果表明:对于钢结构屋盖雨棚而言,拆除边柱、次边柱和中柱后,拆柱点竖向位移分别为17.6、13.1、12.4 mm,对应的梁端转角依次为0.001 5、0.001 1、0.001 1 rad,均小于规范限值0.009 6 rad,即钢结构屋盖雨棚在3种拆柱情形下均未发生倒塌; 对于钢筋混凝土屋盖雨棚而言,拆除边柱和次边柱后,结构均发生了局部坍塌,但坍塌未延续,即不会发生连续倒塌; 拆除中柱后,拆柱点竖向位移为88.6 mm,对应的梁端转角为0.007 7 rad,小于规范限值0.04 rad,即钢筋混凝土屋盖雨棚结构变形较小,未发生倒塌。     

基于两种分析方法的五层RC框架抗连续倒塌分析

基于线性静力和非线性动力两种方法使用SAP2000对5层框架进行连续倒塌仿真分析,分析其抗倒塌能力,并比较两种方法下的拆除构件的位移值与弯矩值.结果表明,使用线性静力分析方法时,DCR≤2,满足抗连续倒塌要求.使用非线性动力分析方法时,拆除角柱的最大位移值为0.0156 m,拆除长边中柱的最大位移值为0.0195 m,...     

滨海图书馆整体结构抗连续倒塌分析

滨海图书馆位于天津滨海新区文化中心,为大跨度连体结构,采用组合钢框架-支撑体系。结构第5层和第6层采用贯通两层的54m跨度的钢桁架相连,该桁架下部无支撑,整体结构竖向构件较少,因此竖向构件承受荷载较大,竖向构件失效将对结构产生重要影响,可能发生整体结构连续倒塌。采用SAP2000有限元软件,以非线性动力拆除构件法为基本分析方法,对结构地下1层与地上1层共44根柱子进行拆除,以分析结构的抗连续倒塌性能。结果表明,分别拆除44根柱子均不会引起结构的连续倒塌,滨海图书馆整体结构抗连续倒塌性能良好。     

灵敏度分析在空间钢结构抗连续倒塌控制中的应用

Pandey的灵敏度方法分析结构的冗余度是基于线弹性结构,通过结构中各杆件的应力变化程度来判断结构的冗余度。Pandey的灵敏度方法能一定程度上反映结构的冗余度和鲁棒性,但从抗连续倒塌的角度,该方法具有一定的不足。利用拉、压杆的应力、应变曲线,结合两个计算实例,模拟结构的抗倒塌过程,分析和比较Pandey的灵敏度方法分析空间结构的冗余度在抗连续倒塌方面的不足,说明压杆的屈曲和卸载对抗连续倒塌性能的影响。并在Pandey等提出的基于敏感性分析方法的基础上,根据大跨空间钢结构的结构特性和荷载特点,提出基于频率的敏感性分析方法来判断大跨空间钢结构的关键构件。该方法不仅概念清晰,而且简单易行。