模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

开槽侧板加强型连接梁柱节点子结构抗连续倒塌性能研究

为了优化侧板加强型节点的抗连续倒塌性能,提出了一种开槽侧板加强型梁柱连接节点形式。通过静力加载试验,得到了新型节点子结构的破坏模式、竖向抗力发展机制、应变分布、延性水平和动力承载力等。试验结果表明:钢梁翼缘在盖板附近首先开裂并向腹板外排螺栓中部延伸贯穿,导致竖向承载力快速下降为峰值荷载的20%左右。相比传统侧板加强型和圆弧扩盖板型梁柱节点,新型节点的峰值承载力分别提高了62.1%和19.6%,塑性弦转角分别提高了203.6%和25.8%。通过有限元分析得到了试件的断裂路径发展过程,进一步地通过参数化分析发现:扩大过焊孔构造对改善峰值后塑性弦转角及残余强度提升无明显作用;随着螺栓群远离钢梁翼缘起始断裂位置,最小残余强度比不断增大,但峰值后塑性弦转角呈先增大后减小的趋势;当螺栓群内移45mm时,峰值后塑性弦转角及最小残余强度比分别达到0.149rad和0.88,提高了38.2%和200.8%。

基于新型耗能板提升钢框架节点抗震和抗连续倒塌能力

针对全焊节点在地震和连续倒塌条件下有限的抗倒塌能力,该文基于新型耗能板对其进行改进提升。首先通过试验、数值模拟和理论分析相结合的方法揭示了新型耗能板在单调荷载和循环荷载作用下的力学性能;进而通过新型耗能板与节点在地震作用和连续倒塌条件下的协同作用,给出了新型耗能板节点的设计方法。结果表明:新型耗能板在单调和循环荷载作用下的力学性能不同,在单调荷载作用下表现为受拉破坏,在循环荷载作用下表现为剪切破坏;通过算例分析表明,新型耗能板节点的抗震与抗连续倒塌设计方法是合理的;新型耗能板全焊节点在地震和连续倒塌条件下主要经历双塑性区域形成阶段和硬化阶段,其中新型耗能板全焊节点的抗震和抗连续倒塌性能的差异主要体现在硬化阶段;新型耗能板的增加可同时有效提高全焊节点在地震和连续倒塌条件下的承载力、变形和耗能能力。

基于拆除构件法的摩天轮立柱结构抗连续倒塌分析

建于安徽宣城的“宣城之眼”摩天轮采用了全新的立柱结构支撑体系。本文以该摩天轮为研究对象,对其立柱支撑结构采用拆除构件法进行了仿真分析,分别研究了前立柱失效、单根拉索失效、后立柱失效后设备结构振型、变形、强度。分析结果表明在3种失效工况下,所有构件均未发生屈服,该立柱支撑结构体系满足抗连续倒塌的性能要求。

某混凝土联方网壳结构抗连续倒塌设计

进站的高速铁路列车如果发生脱轨事故,可撞击雨棚柱并导致雨棚结构连续倒塌。考虑该风险,进行郑州南站混凝土联方网壳雨棚结构抗连续倒塌设计。建立结构多尺度有限元模型,采用拆除构件法分析拆除柱后剩余结构动力行为。结果表明,原结构拆除边柱、次边柱和中柱三种工况下,结构发生局部破坏,破坏面积分别为775、2074、547m^(2);但破坏没有蔓延,结构没有发生连续倒塌。为提高结构抗倒塌性能,针对拆除柱后剩余结构受力特点,修改原结构设计,修改后拆除边柱、次边柱和中柱工况下,结构的破坏面积分别是775、0、0m^(2),即拆除次边柱和中柱工况下雨棚结构没有发生局部破坏。

基于抗连续倒塌分析的某连体结构方案比选

通过预设连体部位结构抗震性能目标,关注连体结构方案的抗连续倒塌性能,详细论述了某大跨连体结构分别采用大跨度楼面钢梁、大跨度钢梁转换、大跨度空腹桁架转换以及大跨度实腹桁架转换等4个方案的技术、经济可行性。分析结果表明,大跨实腹桁架转换方案在材料用量及满足建筑需求等方面综合较优;大跨钢梁转换方案抗连续倒塌能力较弱,大跨度楼面钢梁方案次之,大跨度桁架转换方案具有较好的抗连续倒塌能力,通过在各榀转换主桁架之间设置横向联系次桁架,可进一步加强连体部位转换桁架的抗连续倒塌能力;连体部位结构采用多榀结构布置方案,符合“结构分区”抗连续倒塌概念设计要求,可有效控制连续倒塌范围。由于偶然作用的随机性、不确定性,抗连续倒塌拆除构件法的“构件”由重要竖向构件扩展到重要水平构件是必要的;对类似桁架等平面及空间结构类型,拆除构件法的“构件”进一步扩展到受力单元“构件组”更加合理。

不同加固方式对RC框架抗连续倒塌性能的影响研究

为研究不同加固方式对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力的影响,建立钢筋混凝土框架有限元模型进行对比分析。用五种不同加固方式分别加固,并模拟结构中柱遭遇偶然荷载后失效情况,对其进行非线性静力分析。ABAQUS模拟结果表明:加腋梁有利于节点区塑性铰的转移,使得框架在梁机制阶段的承载能力明显提升;粘贴碳纤维加固法、粘贴玻璃纤维加固法和增大梁截面加固法在悬索阶段对承载能力有所提升;增大柱截面加固法对抗连续倒塌能力提升很小。考虑材料成本及实际施工情况,各加固方式综合效益由高到低依次为:加腋梁加固法、粘贴玻璃纤维布加固法、粘贴碳纤维布加固法、增大梁截面法加固法、增大柱截面法加固法。

框支框架结构抗连续倒塌性能分析

目的研究框支框架结构的抗连续倒塌性能,为该类结构抗连续倒塌设计和研究提供参考。方法通过二次开发在ABAQUS中引入微平面模型,在对剪切试验以及框架抗连续倒塌试验合理验证的基础上,对框支框架结构进行受力分析,探究梁跨高比、结构侧向约束、梁上集中荷载位置和大小对结构倒塌性能的影响。结果转换梁的跨高比从5增至7,结构压拱承载力下降了32.7%,剪切破坏时的位移增加了127%;结构无侧向约束时,易形成强梁弱柱结构,导致柱发生破坏;当梁上集中荷载从0.4F1增至1.3F1、与失效柱的距离从l_(n)/3增至2l_(n)/3,剪切破坏位移分别减小了74%和70%。结论在倒塌过程中,转换梁的抗剪承载力不断下降从而发生剪切破坏,迫使结构从压拱机制突变为悬链线机制,但悬链线承载力不足以抵抗竖向荷载,负弯矩区纵筋发生断裂致使结构失效。

超高层框架–核心筒结构抗连续倒塌性能分析

利用ETABS有限元软件对某232 m超高层建筑进行抗连续倒塌性能分析,采用非线性静力和非线性动力拆除构件对结构进行连续倒塌分析,并比较两种方法下拆除构件的弯矩值和位移值。分析结果表明,使用非线性静力分析时,拆除角柱的最大塑性转角θ=2.41°,短边中柱最大塑性转角θ=2.16°,长边中柱最大塑性转角θ=0.73°,都没有达到最大塑性转角的限值;使用非线性动力分析,拆除角柱的最大位移为58.322 mm,拆除短边中柱最大位移为51.254 mm,长边中柱最大位移为45.026 mm,均未达到构件破坏的最大位移值。

考虑钢筋桁架楼承板的钢管混凝土框架抗连续倒塌性能

利用ABAQUS/Explicit对边柱移除工况下钢管混凝土柱-钢梁-钢筋桁架楼承板体系的抗连续倒塌性能进行研究。在确定材性选择、损伤定义以及建模方法的准确性的基础上,分析模型的竖向承载力与破坏模式、楼承板混凝土损伤云图、关键钢构件轴向应力,探究体系内梁柱的传力规律,并量化地分析主梁抗弯机制、主梁悬链线机制、楼承板机制所提供的竖向抗力。结果表明:在边柱移除工况下,钢管混凝土柱-钢梁-钢筋桁架楼承板体系表现了较好的抗连续倒塌能力;楼承板混凝土受拉损伤和钢筋桁架拉应力主要集中在上表面的负弯矩区和下表面的正弯矩区;镀锌钢底板拉应力和梁柱约束反力占比的变化过程侧面反映了抗力由破坏位置向非破坏位置传递的机制;加载前期G6主梁的压拱效应强于G1、G2主梁,但由于边柱失效工况的边界条件对G6梁的拉结较差,在加载中后期G6梁无法充分发挥悬链线作用;加载初始主梁抗弯机制和楼承板机制提供主要抗力,而当竖向承载力达到最大值时,主梁抗弯机制、主梁悬链线机制、楼承板机制抗力占比分别为42.7%、23.8%、33.5%。钢筋桁架楼承板对框架抗连续倒塌能力的贡献是不可忽略的,始终占总承载力的30%左右。

增配起波钢板的RC梁抗震及抗连续倒塌性能

提升钢筋混凝土(RC)框架结构抗连续倒塌性能的常用方法是增加梁通长纵筋量,但这可能导致结构在地震作用下出现“强梁−弱柱”的不利破坏模式.本文提出一种不影响RC框架结构抗震性能且可提升其抗连续倒塌性能的方法,即在梁内增配局部脱黏的起波钢板.考虑不同的高长比(起波高度h_(kp)与起波长度l_(kp)的比)取值,进行增配起波钢板RC梁的低周往复试验.试验发现,起波钢板高长比取值适中(h_(kp)/l_(kp)≈3/40)的RC梁具有和常规RC梁相近的承载能力、刚度退化特征、耗能能力及变形模式.借助数值模拟进行参数分析,发现合适的高长比取值范围为1/16~1/8.对所设计的RC框架结构进行数值Pushover和Pushdown分析,结果表明,增配合适高长比(算例中取值1/10)的起波钢板几乎不影响结构抗震性能,并能大幅提升其抗连续倒塌性能.

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。

济南东站鞍形拱屋盖设计及抗连续倒塌分析

针对一站房屋盖,考虑多种失效工况,运用拆除构件法进行了设定工况下的结构抗连续倒塌的动力分析。确定了结构屋盖的重要构件,给出了构件破坏判断标准,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:在单支座失效工况下,该屋盖未发生局部破坏;边双支座失效情况下,支座所在拱发生破坏,相邻拱有局部破坏,整体结构未发生破坏,破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。

屈曲约束支撑减震结构的抗连续倒塌性能研究

以云南省某图书馆项目为例,采用拆除构件法对设置屈曲约束支撑阻尼器的减震结构和原结构的抗连续倒塌性能进行了研究。结果表明:框架柱失效对抗连续倒塌性能的影响程度为角柱﹥长边中柱﹥中柱﹥短边中柱,角柱失效时,整体结构的抗连续倒塌性能最差;阻尼器的存在改善了剩余结构的内力分布,增强了结构抗连续倒塌时的延性;阻尼器宜尽量布置于房屋角部、建筑长短边中部及楼梯框柱处,以获得较好的抗连续倒塌性能。

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法的研究

首先简要介绍了国外抗连续倒塌设计规范的主要设计方法和分类设计体系,然后重点对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌拆除构件设计法和拉结强度设计法进行较为深入的分析研究。在基于非线性动力分析的拆除构件设计法进行分析的基础上,对基于线弹性静力分析的拆除构件法的原理和设计参数进行了分析和验算,提出适合我国工程结构的设计参数。分析了国外规范拉结强度设计法应用于按我国规范设计的框架结构的不适用性及其原因,并对国外规范拉结强度设计法中基本拉结强度的计算模型所存在的不足进行了改进,提出了考虑空间传力路径等因素的拉结强度设计法。通过算例对该文建议的线弹性静力拆除构件设计法和拉结强度设计法进行了设计验证。

钢筋混凝土单向梁板子结构抗连续倒塌试验研究

梁和板组成的楼盖系统是框架结构的主要抗连续倒塌构件。为了分析各类结构参数对钢筋混凝土楼盖系统抗连续倒塌性能的影响,该文首先根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010设计制作了8个钢筋混凝土单向梁板子结构缩尺试件,这些试件具有不同的截面尺寸和配筋率。然后通过竖向加载试验研究这些试件在中柱破坏后的材料变形/损伤和抗连续倒塌承载力。试验结果表明:带楼板的子结构试件的承载能力明显高于相同截面的梁试件的承载能力;试件在梁机制阶段的承载能力主要由截面尺寸和钢筋面积所决定,而悬链线机制阶段的承载能力主要由截面中连续钢筋面积所决定;楼板的宽度、厚度和板内配筋以及梁高对梁机制下的承载力有较大的提高,其中板宽在大于一定值后影响变得不显著;只有楼板宽度和楼板配筋率对悬链线机制下的承载力有显著影响;梁内抗震配筋对缩尺试件在两个阶段的抗连续倒塌承载力影响都不大。

基于Pushdown分析的RC框架抗连续倒塌承载力研究

目的分析了典型钢筋混凝土框架的抗连续倒塌承载力规律,为抗连续倒塌设计和研究提供参考.方法采用非线性静力Pushdown方法,对不同抗震设防烈度的非整体现浇板框架和整体现浇板框架的抗连续倒塌承载力进行了分析和对比.结果层间不均匀内力是导致多层框架梁共同作用时相对承载力偏低的原因.梁机制和悬链线机制作用下框架结构的抗倒塌承载力分别由框架梁的抗弯承载力和抗拉承载力决定.结论抗震设计增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力提高有限.楼板显著增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力的增强效果则取决于参与工作的楼板宽度.

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的仿真分析

为研究钢筋混凝土框架结构的连续倒塌受力机理,在角柱失效倒塌试验基础上,运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析。考虑到角柱失效倒塌过程中地梁和对角区域的构件几乎没有破坏,建模中只在角柱区域建立了钢筋混凝土板;同时考虑到位移加载方式简单而且模型更易收敛,故仿真倒塌全程采用位移控制。通过仿真得到了结构的荷载-位移曲线、框架的位移曲线、钢筋和混凝土应力曲线、破坏形态等,并与试验结果进行对比。结果表明:仿真结果和试验结果基本一致;角柱失效时,框架经历了弹性阶段、塑性铰形成阶段和失效阶段;该仿真能够较好地模拟框架模型连续倒塌的过程,并且能揭示倒塌破坏过程的受力特点。

钢框架结构抗连续倒塌设计方法研究进展

近年来,频繁发生的一系列建筑物连续倒塌事件,造成了重大的人员伤亡和巨大的经济损失,增强结构抗连续倒塌能力的分析研究具有重要意义.针对国内外钢框架结构的抗连续倒塌设计方法的研究进展进行了综述,分析了概念设计法、拉接强度设计法、拆除构件法以及关键构件法的特点和不足之处,并对拆除构件法的分析步骤及改进措施进行了分析,以期为钢框架抗连续倒塌的工程应用提供参考.

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。