多层建筑结构地震破坏倒塌机理新认识

以框架结构和砌体结构为主要结构体系的多层建筑数量多,分布区域广。然而,在历次地震中,多层建筑破坏最严重,倒塌数量最多。震害调查发现,框架结构梁端塑性铰基本无法形成,强柱弱梁难以实现。其中部分底层空旷的结构形成了层屈服破坏机制,大多数结构则因填充墙的组合效应出现了竖向构件的脆性破坏。通过对典型多层建筑震害现象的剖析,发现各轴构件刚度和承载力不均匀是结构破坏的主要原因,分配内力大的构件因变形能力小,超过极限承载力时率先破坏,成为结构破坏和倒塌的触发点。由此提出了结构破坏和倒塌的“变形饱和”假说。选取典型的特征构件,设计了无填充墙的框架、带后砌填充墙的框架和带先砌填充墙的框架3种实验模型,通过对极限承载力和极限位移的分析,验证了多层建筑结构“变形饱和”破坏倒塌机理。

恶劣环境下高坝强震倒塌破坏研究

为探究强震对寒区高坝破坏情况,综合考虑冻融循环和溶蚀对高坝材料性能的影响,建立有限元模型进行地震响应分析。通过研究高坝在发生倒塌破坏时所需地震波峰值加速度,研判其抗震性能衰减程度。研究表明:混凝土劣化后高坝整体抗震性能下滑明显,裂缝分布情况更为复杂,倒塌破坏所需的地震波峰值加速度较劣化前下降约18.3%。研究可为严寒地区高坝抗震性能评估提供依据。

强震作用下大跨度斜拉桥倒塌破坏及其控制研究

为了揭示大跨度斜拉桥在强震作用下的倒塌机理,以某大跨度斜拉桥为工程背景,基于LS-DYNA显式积分有限元软件,建立了大跨度斜拉桥显式积分有限元模型,进行了在强震作用下大跨度斜拉桥增设阻尼器和辅助墩前后的倒塌破坏分析研究。结果表明:大跨度斜拉桥在倒塌过程中桥塔均不会产生塑性铰,且卓越周期较长的地震动作用更容易引起斜拉桥结构的倒塌;在塔梁连接处设置粘滞阻尼器和增设辅助墩均可以增强斜拉桥结构的抗震倒塌能力,其中设置粘滞阻尼器的方法效果更为显著。根据研究结果,提出了采用分3个阶段控制的思想进行斜拉桥结构的抗倒塌设计。

钢筋混凝土框架结构倒塌破坏能量分析的研究

本文采用能量时程分析法 ,将Q模型法引入框架结构的倒塌分析 ,通过对绝对能量方程和相对能量方程进行对比 ,推导出了相对能量方程中各项的数值表达式。利用双重破坏准则 ,确定了结构地震破损度标准 ,提出了建筑物倒塌破坏的评估理论与方法。

强震作用下斜拉桥模型的倒塌破坏模式

基于斜拉桥模型地震模拟振动台试验和LS-DYNA显式积分有限元模型,提出了相应的构件失效准则和结构倒塌失效准则,对斜拉桥在强震作用下单一构件破坏模式以及多构件破坏耦合作用的倒塌破坏模式进行了分析和探讨。研究表明:考虑单一构件破坏时,支座失效和拉索脱锚是强震作用下斜拉桥的主要破坏模式;考虑多构件破坏耦合作用时,不同地震波的频谱效应对斜拉桥模型的倒塌模式影响较大,卓越周期较长的地震动作用下斜拉桥发生倒塌破坏的危险性较高,且倒塌均是由于边支座脱空、拉索脱锚、主梁下坠,导致主梁端部竖向位移达到倒塌限值而发生;斜拉桥模型在仅考虑单向地震动输入作用下发生倒塌的危险性要明显小于双向和三向地震动输入的情况。

钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌破坏的研究现状与对策分析

总结了罕遇地震作用下结构倒塌破坏的研究现状,重点分析了建筑物倒塌破坏的系统性和不确定性,对比了不同的倒塌破坏准则和倒塌破坏分析方法,给出了建筑物倒塌的临界状态定义。研究结果表明:现有的倒塌破坏准则无法准确定义结构的倒塌破坏;时程分析法更为精确,且较少地引入了地震动随机性影响,更适于结构倒塌研究;建议的倒塌破坏区间能够更好地反映倒塌破坏特性;塑性变形集中是框架倒塌的主要原因,应重视柱端塑性铰发育导致的结构整体性能退化;相关研究成果可为定量研究建筑结构的倒塌破坏提供理论基础。

山洪作用对砌体结构倒塌破坏的分析

结构连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题,随着计算机水平的不断提高,数值模拟成为研究结构倒塌的主要手段。本文采用动力学分析软件LS-DYNA对砌体结构房屋在山洪作用下的破坏进行了数值模拟。从结构整体变形、关键点位移、速度和系统能量出发认识结构破坏机理。得出构造柱的延性对抵抗倒塌很重要。

下击暴流作用下输电塔-线体系倒塌破坏研究

下击暴流在近地面形成的短时破坏性强风会对建筑结构造成较大威胁,尤其是输电塔-线体系等风敏感结构。依托实际工程,该文建立了输电塔-线体系有限元模型,采用确定性-随机性混合模型生成下击暴流风场,基于Tian-Ma-Qu本构模型模拟了该结构在下击暴流作用下的连续倒塌过程。结果表明,下击暴流下输电塔表现为在极短时间内的局部大变形,该区域大量斜材和少量主材相继屈曲是导致输电塔发生整体倒塌的主要原因。该输电塔的薄弱部位是第六节间,在抗下击暴流设计中应重点关注。

RC框架结构基于抗连续倒塌破坏机制的对策研究

结构连续倒塌的过程十分复杂,本文总结了RC框架结构的连续倒塌破坏模式及失效准则,并且阐述在竖向连续倒塌过程中的受力机理。基于连续倒塌破坏机制,从采用强度高的混凝土和钢筋、增加多余约束、增强柱的侧移刚度、增强纵筋的锚固和加强板的连续性五个方面展开对RC框架结构抗连续倒塌的对策研究,为控制和预防RC框架结构的连续倒塌提供思路,促进了结构连续倒塌研究的系统化和定量化。

爆炸的破坏性评估及研究进展

简要介绍爆炸、爆炸破坏性以及各行业对其评估方法,同时对越来越引起人们重视的多发生在居民区、公共场所特别是政府机构和标志性建筑等旁边的国际和国内人为造成的重大爆炸的破坏性和深远影响进行简要的论述,并对结构物的抗爆安全性提出作者们的看法,以供研究和工程技术人员参考.

考虑悬索作用钢筋混凝土梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

在爆炸及冲击荷载作用下,没有经过抗倒塌设计的高层建筑可能会产生不成比例的倒塌破坏。通过变化配筋率、钢筋等级、加载速度等方式完成5个约束梁试验,研究钢筋混凝土柱失效情况下,梁柱子结构在考虑悬索作用效应时的抗倒塌性能。试件两端预埋钢管并通过钢轴与钢箱上的支座连接,电液伺服作动器在预定时间内采用位移控制连续加载,在大约400mm位移时试件由于钢筋的断裂发生倒塌破坏,此时试件的承载能力大约是塑性阶段的2倍而位移将近20倍。基于试验结果和现象,对试件的受力过程、力的转换机制以及悬索作用机理进行分析与探讨,并对梁柱子结构抗倒塌设计提出悬索作用的简化计算方法。

钢筋混凝土框架结构破坏性能的离散单元法模拟

离散单元法是模拟结构破坏的一种有效的分析方法。通过引入节点单元和考虑混凝土的非线性对矩形离散单元模型进行了改进,并给出了改进后离散单元模型的破坏准则和基本方程以及弹簧系数等计算参数的确定;改进后的模型采用了双链表技术,提高了模型的计算效率。对在爆炸荷载作用下的钢筋混凝土框架结构的倒塌破坏过程进行了模拟,结果表明:采用改进后的离散单元法可以有效地模拟钢筋混凝土框架结构的倒塌破坏过程。

装配式钢-混凝土组合框架动态倒塌性能研究

装配式钢-混凝土组合框架在工程中的应用日益增多,但是目前有关其抗倒塌性能的研究鲜见报道。为了研究装配式钢-混凝土组合框架的动态倒塌性能,文中首先设计了2个缩尺的装配式组合框架子结构试件,对其开展了动态抽柱试验,研究了此类框架结构在不同倒塌荷载工况下的动态倒塌行为,并评估预制混凝土板分段对框架动态倒塌行为的影响;然后,基于试验结果建立了装配式组合框架倒塌荷载等效动力增大系数DIF的计算模型。结果表明:在1倍倒塌荷载(30 kN)和2倍倒塌荷载(60 kN)的作用下,装配式钢-混凝土组合框架子结构的主要损伤为靠近边柱的框架梁端混凝土板的开裂;中柱失效后,剩余子结构仍具有较好的承载能力和整体刚度,在这两种工况下结构不会发生倒塌破坏;在相同倒塌荷载作用下,装配式组合梁框架受到的冲击效应大于现浇混凝土组合梁框架;混凝土板分段预制对组合框架子结构的基本动力特性影响不大,但会导致组合梁端钢梁应变和预制混凝土板中纵向钢筋应变的动力增大系数变大;2个试件失效柱位移动力增大系数介于1.38~1.65之间,在部分情况下应变的动力增大系数大于2.0;基于试验结果建立的装配式组合框架倒塌荷载等效动力增大系数DIF的计算模型可为开展装配式组合框架静力倒塌分析时倒塌荷载的修正提供参考,基于该模型得到的倒塌荷载DIF计算值偏于保守。

基于倒塌分析的连续梁桥地震损伤评估方法

为了掌握钢筋混凝土连续梁桥在地震作用下从完好到倒塌的破坏历程,首先,基于振动台试验研究对两跨连续梁桥模型进行倒塌仿真分析;其次,建立结构层次的单一倒塌准则;最后,根据影响结构倒塌的关键构件提出两跨连续梁桥地震损伤的整体评价指标D和破坏等级划分标准。结果表明:提出的能量比指标可以有效识别出地震损伤时刻甚至倒塌时刻,当能量比小于能量比限值时即可判定进入倒塌阶段;纵向地震动作用下中墩墩柱和固定支座是关键受力构件;基于关键构件提出的两跨连续梁桥地震损伤整体评价指标D可对不同损伤程度的两跨连续梁模型桥进行评估,该评价体系也可为同类桥型的地震损伤评估和抗震加固提供参考。

地震作用下结构连续性倒塌研究进展与展望

近年来,地震灾害频发,导致结构倒塌事故时有发生,造成重大的人员伤亡和经济损失。针对地震作用下结构倒塌破坏,国内外学者进行了诸多的研究工作。从倒塌破坏准则、结构倒塌与抗倒塌试验、结构倒塌数值模拟和结构抗倒塌措施四个方面,对结构连续性倒塌的研究现状进行了归纳和总结,并对未来的研究热点进行了展望。

强对流天气下输电塔-线体系倒塌破坏与风雨组合系数研究

极端气象灾害给输电线路的安全运行带来了严重威胁,相对低电压等级的角钢输电塔出现了较高频次的倒塌破坏事故。基于现象学非线性滞回模型,开展了输电塔-线体系在强对流天气下的倒塌破坏研究,总结了雨荷载对输电塔响应的影响规律;基于风雨气象记录,进行了风雨组合分析并提出了风雨组合系数。结果表明,在极端强对流天气中,所研究输电塔的薄弱部位主要为第3、4节段,该部位的大量斜材和少量主材陆续屈曲是造成输电塔倒塌的主要原因,极端风雨气象条件下有必要考虑雨荷载对输电塔-线体系响应的影响。不同重现期下风速和雨量的组合值均小于其相应的标准值,该地区50 a重现期下风速和雨量的组合系数建议值分别为1.0和0.7。

《建筑钢结构抗连续倒塌的机理、评估与鲁棒性提升》

连续倒塌(Progressive collapse)是指由偶然因素引起的局部破坏最终导致结构的大部分甚至整体倒塌的事故。连续倒塌最终可能导致破坏的严重性使得人们必须对其发展规律进行研究,进而在结构设计阶段将此种破坏的出现概率和可能导致的经济损失限制在可以接受的程度。建筑结构鲁棒性(Robustness)是指在偶然灾变作用导致部分竖向承重构件失效的条件下,建筑结构不发生连续倒塌破坏的能力,是当前结构工程学术研究焦点和工程设计关注重点之一。2014年,我国颁布首部面向结构抗倒塌设计的标准《建筑结构抗倒塌设计规范》,对不同类型建筑如何防范连续倒塌作出了具体规定,如其规定在民用建筑钢结构中的框架梁柱连接宜采用刚接节点,且此连接应能提供跨越失效柱的连续拉结路径。

强震下简支梁桥损伤研究及支座参数分析

随着西部开发战略和城镇化建设的不断推进,越来越多的桥梁靠近甚至跨越活动断层,受断层地震动的影响显著。为模拟强震下某简支梁桥的倒塌过程,基于LS-DYNA平台建立该桥的三维有限元模型。通过桥梁倒塌分析和地震响应分析,研究强震作用下简支梁桥的损伤机理,并分析支座剪切刚度对简支梁桥倒塌过程和地震响应的影响。研究表明:地震作用下简支梁桥的倒塌破坏模式主要为桥墩底部混凝土大面积失效而引起的桥墩承载能力不足,进而导致整个桥梁出现倒塌;随着地震荷载的不断作用,简支梁桥的桥墩依次经历正常运行阶段、损伤演变阶段以及倒塌阶段,提高支座剪切刚度会增加桥墩的损伤演变阶段持续时间;支座剪切刚度的提高增大了梁体与桥墩间约束,减小了支座变形,从而降低了简支梁桥位移响应和梁-梁间碰撞效应;不考虑单元失效的桥梁地震响应大于单元失效时的地震响应,桥梁地震响应随着单元失效越来越大。

汶川地震钢筋混凝土框架结构震害及对策

汶川大地震造成了部分钢筋混土框架结构的严重破坏和倒塌,震害包括结构的整体倒塌、部分倒塌、薄弱层倒塌、底层柱的柱顶和柱底的弯曲破坏、短柱的剪切破坏、框架梁端的弯曲破坏等等;此外原先抗震设计时不被注意的楼梯出现受拉破坏,有的甚至被拉断;填充墙是框架结构破坏严重的非结构构件。框架结构这些震害产生的原因多种多样,如实际地震影响烈度大大超过设计设防烈度、建筑的施工质量问题、设计不合理(刚度突变,强梁弱柱),等等。在对倒塌破坏的框架的震害进行深入分析后,本文提出了解决框架结构抗倒塌的方法:加强柱的抗震设计、适当布置抗震墙、采用隔震或消能减震技术。楼梯设计时应考虑地震下楼梯受力情况,采用刚性连接时,要求计算出楼梯地震效应,并进行配筋;楼梯一端与结构采用滑动连接时,可消除楼梯地震作用下的内力,设计时可不考虑地震影响;加强结构填充墙抗震性能,确保罕遇地震下不致倒塌伤人。

基于有限质点法的结构倒塌破坏研究Ⅰ:基本方法

动力荷载作用下的结构倒塌破坏问题一直是一个复杂而重要的研究课题。基于有限质点法对结构的倒塌破坏过程进行模拟和分析。有限质点法是基于向量式结构力学的数值分析方法,它将分析域离散为质点,质点间通过单元相连,质点间作用力的关系依靠单元变形描述,质点运动遵循牛顿第二定律,该方法通过描述质点的运动行为来追踪结构行为。给出了有限质点法的基本概念,以空间杆系结构为例建立质点的运动方程及其求解步骤。通过单元虚拟运动分离单元的刚体运动和纯变形,推导了空间梁系结构的计算公式。有限质点法计算结构非线性行为无需迭代求解非线性方程或特殊修正,计算构件断裂行为不受网格划分限制,与传统方法相比在结构复杂行为分析中具有优势。