采用静–动力转换方法的钢管混凝土框架受火倒塌非线性分析

火灾引起结构倒塌不同于其他瞬时倒塌破坏(地震、冲击或者爆炸),倒塌全过程为准静态平衡和动态相结合的复杂过程。为研究局部火灾引起的钢管混凝土框架结构倒塌破坏机理和动力响应,基于ABAQUS预定场和重启动功能,采用静–动力转换分析方法进行某9层钢管混凝土空间框架结构体系的受火连续性倒塌非线性分析,研究该结构第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态,分析梁、柱构件受火失效引起的空间框架全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。框架梁柱构件均采用纤维梁单元,钢筋混凝土楼板采用分层壳单元,钢材和混凝土材性采用自定义开发的单轴本构材料模型。分析结果表明,静–动力转换方法可以较好地模拟结构受火倒塌全过程,节省计算时间,同时能够反映结构的动力特性。由空间框架倒塌全过程示意可知,角柱失效后触发结构发生局部连续倒塌破坏,倒塌临界时间为253 min(4.2 h),结构整体的耐火时间远大于单个构件的耐火要求。火灾引起结构的局部倒塌全过程分为5个阶段:受火初期膨胀阶段、局部屈曲阶段、短暂平衡阶段、卸载阶段和局部倒塌破坏阶段;前4个阶段为长持时的准静态分析,第5阶段为非线性动力问题。此外,受火区域竖向构件失效后,其卸载传力路径遵循就近原则。