动力备用荷载路径法的力学机理分析

备用荷载路径法是结构连续性倒塌分析中最常用的方法。根据备用荷载路径法的力学机理,建立了中间底柱破坏后固支梁的等效结构动力计算模型,分析了框架结构中常见的柱瞬时失效情况下梁的动力响应,得到了梁的位移时程曲线以及静载作用下梁的挠度曲线。对比分析表明,瞬间移除梁的中柱后梁的挠度可以达到静力作用挠度的2倍。研究表明,结构连续性倒塌分析时瞬时移除构件后梁的动力效应不可忽略,动力条件下的备用荷载路径法为框架结构连续性倒塌等效静力分析中荷载的确定提供了依据。

基于备用荷载路径法的核心筒悬挂钢结构连续倒塌研究

为了研究核心筒悬挂钢结构在施工过程中的抗连续倒塌性能,采用备用荷载路径法,运用MIDAS Gen软件对浦东新区黄浦江沿岸E8单元E17-4商业办公楼项目进行了连续倒塌分析研究,从结构模型中移除选定的关键受力构件,模拟结构施工过程中构件因偶然荷载的瞬间失效,通过计算结构在构件拆除后剩余结构的内力和变形,研究悬挂钢结构的倒塌机制并对其进行连续倒塌风险评估。结果表明:核心筒悬挂钢结构具有一定的抗连续倒塌能力,当失效1根关键构件时结构仍处于安全状态;当同时失效2根关键构件时结构接近倒塌风险,建议采取额外的设计加强措施。

基于备用荷载路径Pushover方法的结构连续倒塌鲁棒性分析

鲁棒性不足是造成"5.12"汶川大地震中建筑结构大量倒塌的重要原因之一,而我国现行建筑抗震设计规范并没有相应的避免由于承重构件失效引起连续倒塌的分析方法和抗倒塌设计方法。采用备用荷载路径方法,考虑移除框架柱瞬间的动力效应,对框架柱突然失效的建筑物进行Pushover分析,对损伤结构的极限承载能力进行评估。采用三种冗余度指标作为损伤结构鲁棒性评定的定量指标,从而确定结构的关键构件,并判断损伤结构在遭遇原设计荷载时是否会发生连续倒塌。以钢筋混凝土平面框架结构为例进行了数值分析,得到了不同情况下结构倒塌临界状态时塑性铰的发展顺序及变形图。研究结果表明:采用备用荷载路径Pushover方法和冗余度指标可以有效地对发生偶然情况下承重构件失效时结构的抗连续倒塌能力进行定量的分析和评估。

导管架海洋平台失效路径分析及连续倒塌机制

针对突发事件下导管架平台'局部破坏'可能引发的连续倒塌现象,建立一种针对导管架平台结构的失效路径搜索及概率评估流程,采用逐步施加增量载荷的方法,并结合广义承力比准则,充分考虑失效过程中单元内应力的变化及候选失效单元的不确定性和外部载荷的随机性,并通过模拟示例获得平台可能发生的事故树,从而确定最可能发生的失效顺序。针对具体失效路径,引入备用荷载路径方法(ALP方法),研究倒塌过程中平台结构的力学分布特性和状态变化规律,分析构件失效后的平台剩余系统的动力效应和内力重分布规律,从而揭示平台结构的连续倒塌机制。结果表明:某桩腿单元突发失效后,失效单元上方的水平撑杆通过塑性铰机制成为新的竖向传力路径;相邻桩腿由于严重的内力重分布现象成为薄弱环节,易发生屈曲失效。

隔震建筑结构灾变行为研究进展

工程结构灾变问题始终是社会关注焦点和学界研究热点,近年来,我国隔震结构数量增长迅猛,但其构造特殊,已有灾变研究成果无法完全适用。该文针对隔震结构潜在灾变问题,从倾覆倒塌和连续倒塌主要灾变模式入手,结合国内外相关领域最新研究成果,系统性总结和探讨隔震结构灾变机理、灾变模式和防控对策,以期为今后隔震结构灾变研究提供参考。

基于GSA规范改进方法的框架结构连续性倒塌分析

为评估框架结构抗连续性倒塌潜力,结合GSA(general services administration)规范,采用备用荷载路径法进行连续性倒塌分析。在介绍GSA规范的基础上提出了一些改进,并阐述了评估结构抗连续性倒塌潜力的方法。基于GSA规范的改进方法,利用有限元软件ANSYS中的Beam188和Shell63单元建立三维框架有限元模型,采用生死单元法分别'杀死'长边中柱、短边中柱、角柱和长边两根柱,评估结构在上述工况下抗连续性倒塌的潜力。结果表明,对于典型的框架结构,长边靠中央的2根柱失效会造成结构的局部连续性倒塌,为建筑物的抗连续性倒塌设计提供了依据。

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析(PCA)是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。

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。

水平加强层对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响

为研究水平加强层对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,利用ANSYS有限元软件,以一幢10层钢框架结构为原型,根据支撑的设置方式建立了4种有限元模型,采用备用荷载路径法,将不同底层柱突然失效分为8种工况,对每种工况下的4种模型进行了动力非线性分析。分析结果表明:底层柱失效后,水平加强层可以有效提高结构的整体拉接力,从而显著减小破坏部位的竖向位移,并将荷载传递至失效柱的临近柱,避免结构构件发生屈服造成结构刚度的下降。在底层柱上方增设水平加强层可以以较低的造价增强结构的整体性,增强钢框架结构发生局部破坏后的内力重分布能力,提高抗连续倒塌能力。

不规则性对基础隔震结构抗连续倒塌性能影响研究

为研究基础隔震结构抗连续倒塌性能,以备用荷载路径法为基础,采用静力非线性Pushdown方法和静力线性方法对一栋典型的收进式竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构进行分析,从备用荷载路径的抗连续倒塌机制和需求能力比两个角度研究竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构的抗连续倒塌性能,为基础隔震结构抗连续倒塌设计提供参考;为进一步研究结构布置形式不规则性以及裙楼和塔楼层数变化对竖向不规则基础隔震抗连续倒塌性能的影响,分别建立塔楼布置不同、裙楼与塔楼层数变化的模型进行对比研究。研究表明:除角柱失效工况自身无法产生悬链线机制外,其余底层框架柱失效工况中备用荷载路径在整个推覆倒塌过程中均表现出明显的悬链线机制;当隔震支座失效时,由于隔震层水平刚度小,相邻支座无法提供足够的侧向约束作用而难以形成明显的悬链线机制;增加结构冗余度和备用荷载路径中参与荷载传递的构件数量可以有效提高剩余结构抗连续倒塌能力;除角柱和角支座外,隔震支座失效工况DCR值普遍大于对应位置底层框架柱失效工况,备用荷载路径中某些构件的失效风险相对较大。

爆炸冲击对多层钢框架连续倒塌性能的影响

以5层钢框架结构为对象,对钢框架在爆炸冲击作用下的连续倒塌性能进行了研究.采用备用荷载路径法,分别对钢框架结构进行了静力非线性、动力非线性以及爆炸冲击作用下的动力非线性连续倒塌分析.分析结果表明:在常规的静力和动力非线性分析中,该框架具有良好的抗连续倒塌能力;在5 kg TNT的初始爆炸冲击作用下,钢框架的变形比常规分析增大15%～40%;在15 kg TNT的爆炸冲击作用下,钢框架将发生整体性倒塌.因此传统的备用荷载路径法不适用于分析爆炸引起的连续倒塌问题,爆炸冲击的作用不可忽略;楼板在爆炸作用下对结构的连续倒塌性能有着至关重要的影响.

基础隔震结构连续性倒塌的非线性动力分析

基于备用荷载路径法,以基础隔震结构体系为研究对象,采用非线性动力分析方法分别对底层框架柱和隔震支座意外失效时剩余结构连续倒塌情况进行分析。同时,根据性能化设计评估方法 FEMA356中塑性铰力与位移关系曲线提出了反映受损结构抗倒塌性能的评价指标。研究表明,利用结构性能化指标可以较为准确地评判剩余结构的连续倒塌形态;且隔震支座失效对剩余结构造成的影响弱于底层框架柱失效所造成影响,但两种失效情况所引起剩余结构的响应趋势是一致的。

偏心支撑对高层钢框架结构抗连续倒塌性能的影响

为研究偏心支撑对高层钢框架结构抗连续性倒塌性能的影响,利用ANSYS 10.0建立两个20层钢结构平面框架的有限元模型,分别为无支撑框架和偏心支撑框架。采用备用荷载路径法对它们进行非线性静力分析及非线性动力分析。通过分析比较两个算例框架的结果,偏心支撑不仅能够提高结构的整体刚度,而且能显著地提高剩余结构的抗连续性倒塌能力,但对结构的竖向极限承载能力并没有明显的提高。

基础隔震结构抗连续倒塌动力非线性分析关键问题研究

为了研究隔震结构连续倒塌动力灾变行为特点,并对隔震结构动力非线性连续倒塌分析方法的关键参数取值提供参考,本文以基础隔震结构为模型,对比分析了底层框架柱和隔震支座失效时剩余结构动力响应特点,探讨了隔震结构连续倒塌分析方法中的关键参数取值问题与解决方法。结果表明:对于基础隔震结构,并非失效时长越小剩余结构响应就越大;对于计算精度要求较高的结构,在分析之前应进行失效时长的对比分析,以便选出计算成本低而精度高的最优失效时长;合理准确的荷载施加是保证计算精度的重要前提,减少外部荷载作用可以有效减轻剩余结构损伤程度;隔震层的特殊构造要求有利于增强支座意外失效时隔震结构抗连续倒塌能力。

带梁式转换层框支剪力墙结构抗连续倒塌分析

为研究带梁式转换层框支剪力墙结构的抗连续倒塌能力及变形程度,通过有限元软件建立本结构的三维模型,基于备用荷载路径法,以某带梁式转换层的框支剪力墙结构为研究对象,选取不同失效工况分别进行非线性分析,研究初始破坏后剩余结构的节点位移、内力机制及内力重分布过程。结果表明:根据各个工况下对失效点变形情况可得底层位移大于转换层位移;同层不同位置柱的对应位移大小依次为角柱、内柱、长边中柱、短边中柱;承重柱失效后其相邻构件的不平衡内力分担情况遵循“就近原则”。

建筑结构抗倒塌分析方法

建筑结构的倒塌可分为两种模式:建筑物侧向增量倒塌与竖向连续倒塌。本文论述了建筑物结构失效模式的如何辨识以及侧向倒塌能力点确定准则的相关研究进展。介绍了现有的连续倒塌研究方法,尤其是基于备用荷载路径的竖向非线性动力分析方法。为建筑结构整体抗震可靠度研究以及结构抗震性能评定与设计提供参考。

带水平分布钢支撑RC框架结构的抗连续倒塌机理分析

基于备用荷载路径法,分析带钢支撑的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌机理.以一幢8层钢筋混凝土框架结构为原型,根据支撑在平面上沿结构横向和纵向布置方式不同以及在结构立面上布置于第二层或中间层柱间建立了5种有限元模型,采用备用荷载路径法并考虑构件失效持时的影响,根据底层柱失效位置的不同分为4种工况,对每种工况下的5种模型进行了动力非线性分析.分析结果表明:底层柱失效后,沿结构平面横向和纵向布置钢支撑均可有效提高整体拉结力,从而显著减小破坏部位竖向位移,避免造成破坏范围的扩散;钢支撑改变了框架梁的抗连续倒塌机制,使框架以桁架机制提供抗连续倒塌能力;由于水平分布钢支撑形成了加强层,为兼顾抗连续倒塌性能和抗震概念可将加强层设于结构中间楼层.

外套管式节点装配式钢框架结构抗连续性倒塌研究

根据外套管式梁柱节点各组件的受力特点,利用组件法建立简化模型,分析节点的弯矩-转角关系。利用ABAQUS软件分别建立普通刚性节点和外套管式组件节点装配式平面钢框架结构的有限元模型,采用非线性静力分析及非线性动力分析方法对二者进行抗连续性倒塌研究。研究结果表明,外套管式组件节点简化模型能较为准确地模拟外套管式节点的弯矩-转角关系。采用外套管式组件节点简化模型的钢框架的倒塌荷载低于刚性节点钢框架模型,其失效点最大位移为刚性节点钢框架模型的1.5倍左右,因此,应考虑节点刚度对结构抗倒塌能力的影响。另外,给出了采用非线性静力分析方法对两种平面钢框架结构进行抗连续性倒塌研究时的动力放大系数推荐值。

基于AP法的单层球面网壳结构地震倒塌破坏分析

在地震作用中,结构的薄弱部位构件可能会先发生初始失效,并导致结构在之后的地震中发生倒塌破坏。为研究在杆件初始失效下单层网壳结构的抗连续倒塌性能,通过增量动力分析方法(IDA法)确定网壳结构薄弱区域分布规律及结构的动力响应,引入最大响应参数(应力、塑性应变、等效塑性应变等)杆件作为初始破坏杆件,采用备用荷载路径法(AP法)分析剩余结构在之后的地震作用中产生的动力响应。结果表明:单层网壳结构地震薄弱区处于底部区域,且受地震影响较大。在地震作用下,处于薄弱区域的杆件初始失效会使结构节点最大竖向位移、塑性杆件比例、总应变能等结构响应参数急剧增大,并且加速了结构的凹陷。由于杆件的初始失效,其两端节点发生较大塑性,周围杆件塑性发展明显,应重点关注处于地震薄弱区的杆件,该区域杆件若发生初始失效将对结构产生影响较大。

考虑悬链线效应的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力分析

为了研究悬链线效应对钢筋混凝土(RC)框架结构抗连续倒塌能力的影响,基于OpenSees建立可以考虑悬链线效应的RC框架宏模型,通过两个RC框架子结构在移除中柱后的竖向承载力试验结果对比,验证了所采用宏模型的合理性,并研究了悬链线效应对RC框架子结构抗连续倒塌能力的影响。分别采用备用荷载路径法中的非线性静力方法和非线性动力方法对1栋10层RC框架结构进行抗连续倒塌能力分析,研究悬链线效应对RC框架整体结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明:不考虑悬链线效应的影响将低估RC框架结构的抗连续倒塌能力;在移除底层中柱情况下,不考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值小于2.0,而考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值则超过2.0。