基于离散元的钢混结构倒塌全过程分析

钢筋混凝土框架结构倒塌过程中,结构由连续状态过渡到非连续状态,构件发生断裂、碰撞,各单元排列“失序”,常用的数值计算方法难以模拟出完全分离单元间的碰撞和堆积状态。文中利用改进的离散单元建立结构模型,确立构件断裂准则及碰撞准则,编制计算程序,检索碰撞单元,对结构倒塌全过程进行数值模拟,计算结果与混凝土框架结构爆炸倒塌试验结果一致,为离散单元法在混凝土框架结构倒塌全过程数值分析提供参考。

超大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真与受力性能分析

历史上强风作用下大型冷却塔风毁事件多次发生,现有研究关注的重点大多为风致塔筒局部强度超限或失稳破坏,均忽略了由局部损坏引发的整体连续倒塌破坏的后续现象,且难以揭示大型冷却塔风致倒塌过程及作用机制。鉴于此,基于计算流体动力学(CFD)与显式动力分析算法(LS-DYNA)技术提出了大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真模拟方法,并以山西潞安电厂世界最高220 m超大型冷却塔为例,建立了考虑材料非线性塔筒-支柱三维有限元模型,并分析了结构动力特性;基于显示动力时程分析方法,加载基于CFD获得的塔筒三维平均风压进行拟动力分析,数值再现了超大型冷却塔风致倒塌全过程;研究了塔筒应力分布变化规律与倒塌全过程的扭曲变形姿态等特征,提炼出冷却塔风致倒塌的受力特点与作用机制,并讨论了单元失效参数的影响。结果验证了该文数值方法可以有效模拟超大型冷却塔风致倒塌全过程;其倒塌过程始于塔筒喉部迎风面大变形,并在两侧30°范围内呈现褶皱现象,最终因变形不协调而相互牵扯垮塌。研究表明,强风致超大型冷却塔倒塌受力机制可划分为弯拱机制与悬绞线机制,材料模型的单元失效参数对于超大型冷却塔风致倒塌的影响不可忽略。

地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌全过程振动台试验研究

以玉树7.1级地震中某底层遭到严重破坏的钢筋混凝土(RC)框架结构为原型,设计了1个1∶5缩尺的三维模型,通过模型的倒塌全过程振动台试验,研究了汶川、玉树地震中高烈度地区RC框架结构出现的典型侧向逐层呈多米诺骨牌式连续倒塌现象的全过程和倒塌破坏机制。试验中该模型结构的倒塌过程共分为两个阶段,即侧向增量倒塌和竖向连续倒塌。当底层层间位移角达到1/19时,试验模型处于临近倒塌状态。在倒塌过程中,底层角柱C3最先丧失竖向承载力,此时竖向倒塌开始发展,结构在重力荷载及输入地震动的共同作用下,底层柱的水平侧移持续增加,造成其相邻的柱B2、B3、C2相继失效,丧失竖向承载力,模型结构的冗余度不足使结构产生更大范围的竖向倒塌,最终模型结构呈侧向逐层连续倒塌。通过对倒塌后废墟的研究,发现模型结构呈"强梁弱柱"型破坏,其破坏模式与震害调查结果一致。最后,讨论了此种废墟下人员生存空间的问题,给出了防RC框架结构倒塌的相关建议。