福州海峡国际会展中心抗连续倒塌分析

以福州海峡国际会展中心主体结构为工程背景,对其进行抗连续性倒塌分析。基于应变能的分析原理,采用拆除构件法对主体结构进行响应分析,确定对结构承载力影响最大的关键性构件。采用变换荷载路径法对移除关键构件的残余结构进行抗连续性倒塌分析。结果表明,移除关键构件后结构竖向挠度超过设计限值,结构失去正常使用功能,但构件应力比均未超限且移除的影响局限在其受力范围内,所以结构具有良好的抗连续性倒塌能力。     

萧山国际机场T4航站楼钢结构屋盖连续倒塌分析

对萧山国际机场T4航站楼钢结构屋盖关键构件失效后的抗连续倒塌能力进行了分析研究,根据本工程特点,采用瞬态动力时程分析方法分析了不同支撑柱失效后是否会造成结构的连续倒塌,给出了关键构件性能水平划分等级以及相应技术措施建议。     

某大跨度可开合空间网架屋盖连续倒塌分析

针对某大跨度可开合空间网架屋盖,分析其在17级台风荷载作用下的抗连续倒塌性能.采用构件拆除法,分别拆除结构敏感性最高的单根、前6根及前10根杆件,按一阶屈曲模态分布考虑初始缺陷的影响,通过结构极限承载力的变化来评估拆除杆件后是否会引发其连续倒塌.结果表明,结构在17级台风作用下开合屋盖结构单根构件失效后仍然拥有较高的冗余度,当拆除屋盖敏感性最高的前十根杆件后,不会引发屋盖的连续倒塌.     

大跨度单层编织拱壳抗连续倒塌分析

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下的结构抗连续倒塌动力分析。利用应力比法分析站房结构屋盖的重要构件,采用ABAQUS软件对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国规范的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明,在不同位置支座失效的情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。     

铁路枢纽单层编织拱壳屋盖连续倒塌分析研究

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下结构抗连续倒塌的动力分析。利用应力比法分析了站房结构屋盖的重要构件,采用有限元程序ABAQUS对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国标准UFC4-023-03的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明:在不同位置支座失效情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。     

张家界马戏城主馆带悬挂子结构的弦支穹顶屋盖抗连续倒塌分析与评估

张家界马戏城主馆屋盖是国内少见的带有大质量悬挂子结构的弦支穹顶屋盖,对其屋盖进行抗连续倒塌性能评估,先对结构进行了杆件敏感性分析,确定结构重要构件,然后采用替换路径法分别拆除弦支穹顶、子结构的重要构件,对屋盖结构进行了非线性动力分析。结果表明：拉索及支座处径向桁架下弦杆是整个屋盖的重要构件;拆除外圈环索引起的结构整体响应最剧烈,拆除靠近支座径向桁架下弦杆会引起结构较明显的局部响应;子结构中,悬挂于径向桁架上弦的矩形格构柱沿柱截面失效,会使楼面梁局部变形过大,所有拆除工况均不会引起屋盖结构的倒塌;该带悬挂子结构的弦支穹顶钢屋盖冗余度高,具有较强的抗连续倒塌性能。     

成都市锦城广场大跨度钢木组合屋盖结构分析与设计

成都市锦城广场综合换乘服务中心屋盖采用大跨度钢木组合结构,以下弦胶合木交叉拱为主要受力构件,腹杆及上弦杆件采用圆钢管.除对屋盖结构进行静力荷载效应的设计与分析外,采用振型分解反应谱法和时程分析法进行了屋盖结构在多遇地震及罕遇地震下的地震响应分析,对结构的非线性稳定性、抗连续倒塌性能进行了研究,并补充了罕遇地震下的动力弹塑性分析.同时,对胶合木构件进行了抗火设计,对关键节点进行了有限元分析.结果 表明,大跨度钢木组合屋盖结构安全可靠,具有良好的整体稳定性和抗震性能.     

局部爆炸作用下混凝土框架结构抗连续倒塌设计

采用替代路径法对按我国规范设计的钢筋混凝土框架结构进行局部爆炸作用下抗连续倒塌设计验算和再设计.竖向构件移除位置、荷载组合、构件失效准则以及结构破坏范围限值均参考美国<结构抗连续倒塌设计>(UFC4-023-03)中的规定,改进了其中的构件塑性铰模型,采用条分法得到了纯弯和压弯构件塑性铰的荷载-变形全过程,以合理描述构件受力性能.研究发现,常规设计难以保证结构在局部爆炸作用下不发生连续倒塌.随后进行了参数研究,以认识重要参数对结构抗连续倒塌性能的影响.结果表明,减少柱距后结构抗连续倒塌性能提高明显,而提高结构抗震设防烈度的方法效果不明显,增加结构层数则会削弱结构的抗连续倒塌能力.在此基础上给出了三个抗连续倒塌设计方案并进行了经济性比较.比较表明,同时提高结构的冗余度和构件的承载力具有较好的经济性.     

大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析关键问题研究

对大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析中的关键问题进行研究,运用等效荷载瞬时卸载法对结构进行抗连续倒塌的动力分析,并借鉴美国规范对等效荷载提出取值方法建议。分析表明,应用等效荷载瞬时卸载法分析结构抗连续倒塌的精度主要取决于加载的时程曲线。根据动力学知识推导出求解结构关键构件失效前等效荷载最小作用时间的计算式,并与实际工程算例进行比较,其结果吻合较好。同时通过有限元数值分析,提出等效荷载卸载的最长时间为构件失效后模型的第1阶竖向自振周期的1/10。通过实际工程算例介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明,应用等效荷载瞬时卸载法模拟大跨度钢结构关键构件失效后的受力和变形情况可行,与静力法相互补充可对大跨度钢结构进行抗连续倒塌分析。     

北京大兴国际机场航站楼中心区屋盖钢结构设计的关键问题

为满足北京大兴国际机场航站楼少柱、大空间的建筑需求，提出一种以可独立承载的大型子结构单元为基础、支承体系与屋盖结构一体化的巨型网格结构。并就结构设计中的关键问题，进行了竖向承载能力、水平抗侧能力、防连续倒塌、抗震性能研究及竖向地震作用分析，结果表明：以若干独立承载的大型子结构单元为基础构建的体系可大幅提升结构的承载能力和抗倒塌能力；两个支撑筒或支撑框架与C形柱组成三角形支承结构，承载力可提升300%以上；子结构之间的屋盖结构对巨型网格结构的传力机制影响较大，应考虑子结构独立模型和整体模型进行承载力包络设计；当支承构件承担的地震剪力小于其承担的重力荷载比例时，应对支承构件承担的地震剪力进行调整，以提高支承构件的抗侧能力；针对构件和支承系统层面的抗连续倒塌分析可有效评估不同构件和C形柱的重要性等级；采用静力法计算大跨屋盖的竖向地震响应偏小，应采用振型分解反应谱法或动力时程分析法进行复核；采用基础与层间结合的超大平面隔震技术可有效提高巨型网格结构的抗震能力。     

大跨度地下洞库爆炸荷载下破坏形态试验研究

为分析不同药量的钻地武器爆炸对大跨度地下洞库产生的破坏效应,采用模型试验的方法对大跨度地下洞库的抗爆性能进行了分析研究,获得了不同爆炸荷载作用下洞库周边及衬砌的压力、加速度和位移的分布规律,并对比分析了围岩及洞室的整体破坏情况。试验结果表明:随着爆炸药量的增加,测点压力、加速度和位移的峰值基本均呈增大趋势,且相同测点位移峰值增大最明显;当爆炸药量增大时,先在洞室拱顶出现影响结构安全的纵向裂缝,且随着爆炸药量的继续增加,地下洞室裂缝的部位和数量逐渐增多、宽度逐渐加大,洞室衬砌甚至出现掉落现象;洞室拱顶围岩自两侧拱脚至爆心均出现了“八”字形的裂缝,且随着爆炸药量的增加,裂缝的宽度逐渐加大,甚至出现了拱顶围岩整体塌落的现象。其论文研究成果可为大跨度地下防护工程的抗力评估提供参考。     

复杂高层钢结构抗连续倒塌能力分析关键技术研究

基于拆除构件法,通过显式动力有限元分析,对复杂高层钢结构待拆构件的选择、构件失效的模拟方法以及构件损伤评价标准的制定等关键技术进行了研究。结果表明：对于高层钢结构,竖向构件的敏感性可基本反映待拆构件的重要性,水平构件的敏感性可反映剩余结构发挥抗倒塌机制的储备大小。此外,还建立了基于美国性能化设计评估方法FEMA 356纤维模型的构件失效模拟方法,可使构件在动力响应过程中的失效破坏既满足FEMA 356构件变形极限又满足材料应变极限,同时还可依据FEMA 356中的构件性能水准与微观应变的对应关系评价剩余结构构件的损伤程度。运用该方法对案例工程钢结构的抗连续倒塌能力进行分析,结果表明：关键构件拆除后,结构未发生连续性倒塌,剩余结构能够形成有效的承载替代路径;大部分构件的塑性转角未达到IO水准,发生较大塑性变形的构件主要集中在替代路径的承载构件上。     

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。     

新广州站索拱结构屋盖体系连续倒塌分析

以新广州站索拱结构屋盖体系为对象,对大跨度空间结构的连续倒塌分析方法进行了研究。利用基于概念判断的敏感性分析方法分析了单榀索拱结构的重要构件。对整体结构的重要构件及其几何位置分布、整体结构中空间作用的分布情况进行了讨论。采用变换荷载路径法（AP法）对该屋盖结构的抗连续倒塌性能进行了评估,并对比了AP法中线性动力计算和静力计算的结果。分析结果表明：静力计算结果偏于保守,而对于含有预应力拉索的结构体系,应考虑构件意外失效前整体结构的初始状态。新广州站屋盖结构体系具有较好的抗连续倒塌性能,该工程采用的新型空间索拱结构及巨型桁架是提高该结构体系抗连续倒塌能力的有效措施。索拱中采用的双索设置增加了正常使用情况下换索的可行性。图8表3参15     

天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故轻轨东海路站网架结构破坏分析

基于天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故现场调研资料，运用AUTODYN建立了爆源、空气以及津滨轻轨东海路站网架结构的有限元模型，计算得到了作用于车站结构上的爆炸荷载。运用LS-DYNA软件，建立爆源、空气和土壤的有限元模型，得到“8·12”特别重大火灾爆炸事故中轻轨东海路站处爆炸地震动加速度时程曲线。通过有限元分析，对比研究了爆炸荷载、爆炸地震动分别作用以及联合作用下东海路站网架结构的非线性动力反应及破坏过程，分析了天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故中东海路站网架结构的致灾原因和破坏机理。分析结果表明，爆炸冲击波是造成东海路站网架结构破坏的主要原因，爆炸地震动由于持时短、频率高、衰减快，对网架结构的影响很小；东海路站网架结构的破坏始自网架东侧与柱相连腹杆和横向下弦杆被压曲，杆件拉力导致与柱的连接节点发生破坏，进而引起结构的连续倒塌。最后依据东海路车站结构的致灾规律，提出了城市交通枢纽车站结构的防爆设计原则。     

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。     

多层框架结构在其地下室内部爆炸冲击下的连续倒塌机理研究

为了研究框架结构在地下室内部爆炸时的连续倒塌特性,运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA建立了一个含有1层地下室、4层地上结构的钢筋混凝土框架结构分离式模型;考虑钢筋和混凝土共节点的连接方式,采用三阶段模拟法将不同炸药作用位置时结构的连续倒塌模式进行对比,分析梁、板、柱等主要受力构件的具体破坏方式;阐释结构在地下室内部爆炸后的不同倒塌破坏模式。结果表明:地下室内部爆炸发生后地上一层破坏严重,在地下结构柱附近爆炸使得结构节点处破坏严重,从而导致结构的连续倒塌。     

恐怖爆炸下建筑物连续性倒塌研究进展

爆炸袭击是当前恐怖活动中最经常也是危害最大的一种方式,是造成建筑物连续性倒塌的最主要原因。近年来,随着恐怖活动的日益猖獗,建筑物连续性倒塌越来越受到工程界的关注,并已成为一个研究热点。回顾了建筑物连续性倒塌研究的历史,明确了建筑物连续性倒塌的定义、原因及其分析目的与流程。归纳分析了目前连续倒塌分析的几种方法:备用荷载路径法、局部抵抗特殊荷载法、构造设计法以及连续性倒塌仿真,详细阐述了备用荷载路径法。提出了对今后研究方向和难点的思考。     

爆炸下钢框架梁柱子结构抗倒塌性能评估

采用考虑子结构边界约束条件的数值分析模型,将钢梁在爆炸作用下的变形损伤引入子结构抗倒塌分析,建立了评估钢框架梁柱子结构爆炸后抗倒塌性能降低程度的压力-冲量曲线图及表达式,并分析梁端约束刚度及钢梁跨高比的影响。结果表明,抗倒塌阶段的前期出现压拱机制,随后经由梁机制过渡至悬链线机制,且抗倒塌性能降低程度与爆炸强度为非单调关系;除铰接约束外,水平约束刚度对子结构竖向承载力的发展过程影响不明显;随着钢梁跨高比的减小,产生相同降低指数所需的超压和冲量均增大,但当跨高比降至一定程度时,子结构趋于剪切变形模式,导致悬链线阶段的极限变形和最大竖向承载力均有所下降。     

混凝土板在近距离化爆作用下的相似分析

通过对爆炸作用的JWL方程和混凝土的HJC模型量纲分析,得到了混凝土板在化学爆炸作用下响应的相似关系,相似关系表明化学爆炸的爆压与比例距离有关,爆炸冲击波载荷作用下,在相同的缩放比例条件下,结构应力和应变满足几何相似模型律。