基于拆除构件法的高层建筑斜交结构抗连续倒塌动力分析

尽管近年来斜交网格结构体系因其良好的抗侧性能在高层建筑中广泛应用,然而目前该类结构的抗连续倒塌研究尚处于探索阶段。因其外筒斜柱是结构抵御竖向荷载和水平荷载的关键构件,为此,采用静力非线性分析和竖向增量动力分析方法,对斜交网格结构开展了基于拆除斜柱构件的抗连续倒塌分析。研究结果表明:高层建筑斜交网格结构在失效点处的位移反应较小,结构发生连续倒塌的可能性较低。在拆除底层斜柱后,竖向荷载由同层其他斜柱承担,离失效斜柱越近的斜柱承担的荷载比例越大,相应的轴力变化程度越大,同层的内筒柱轴力变化程度较小。在斜柱失效后,结构抗倒塌的承载能力和竖向刚度较大,变形能力较差。

基于拆除构件法对钢框架连续倒塌动力放大系数的研究

为研究钢框架结构连续倒塌的动力效应,基于我国规范CECS2014与美国规范GSA2013动力放大系数取值的差异,利用SAP2000分别讨论了框架柱失效时间与位置、建筑层数以及节点转动刚度对动力放大系数的影响.分析结果表明:随着失效时间的增加,动力放大系数有所减小,且角柱失效时结构动力响应最大;节点转动刚度的减小对结构抗连续倒塌的能力产生不利影响,变形能力有所增强,但对动力放大系数取值影响不大.

基于拆除构件法的全装配式框架结构连续倒塌分析

为研究混凝土全装配式框架结构的抗连续倒塌性能,在2个全装配式试件(PC1、PC2)和1个现浇试件(RC)的中柱移除静力试验及动力试验的基础上,利用OpenSees有限元软件建立3个子结构宏模型,将校验结果与试验结果进行了对比,继而设计了2栋7层全装配式框架结构(PC1-Frame、PC2-Frame)和1栋现浇框架结构(RC-Frame),采用拆除构件法拆除框架底层的中柱和边柱,对剩余损伤结构的抗连续倒塌能力进行评估.结果表明,拆除边柱的倒塌危险性较拆除中柱大,PC1-Frame失效点位移时程曲线振幅比RC-Frame大;在拆除中柱后,PC1-Frame和PC2-Frame在压拱机制阶段的极限承载力分别较RC-Frame低30%和20.5%;在拆除边柱后,PC1-Frame和PC2-Frame在压拱机制的极限承载力分别较RC-Frame低26.9%和22.3%.最后校验了基于等能量原理的简化非线性动力分析方法的适用性,并得知结构的动力放大系数在构件进入塑性阶段后逐渐减小.

基于Benchmark模型的拆除构件法分析

为确定结构最不利失效柱位置,以9层Benchmark模型为研究对象,采用拆除构件法进行模型底层各柱分别失效影响的动力分析,并与静力分析结果进行对比。分析结果表明:框架柱失效时间越短,结构失效点的位移响应越大;结构的最不利失效柱位置为结构的边柱;柱的失效使梁的传力模式发生改变,梁由受弯传力变为悬链线式受拉传力;柱的失效同时使与之相连的节点受力状态发生了改变,节点由承受支座负弯矩变为承受拉弯共同作用。

基于拆除构件法的特高压输电塔-线体系连续倒塌分析

为探究输电塔线体系的连续倒塌过程,本文以输电线路耐张段为研究对象,使用ANSYS建立包含6座直线塔的有限元模型,使用ANSYS找形分析法求解导(地)线张力,根据计算结果并通过重写ANSYS命令流的方式判断导(地)线的断裂顺序,基于拆除构件法和ANSYS隐式非线性动力分析法对输电塔-线体系的连续倒塌破坏过程进行了分析。结果表明:距失效构件较远侧输电线先断裂,导线从上至下依次断裂,地线最后断裂;失效构件所在的直线塔易发生弯扭变形破坏,导(地)线断裂产生的冲击荷载沿着输电线向其他直线塔传递,使其也易发生弯扭变形破坏;塔腿主材失效后,屈服区域由相邻两根塔腿主材向上部主材扩展,扭转变形使塔头斜材和塔头与塔身交界处斜材失效;塔身主材失效后,屈服区域由失效位置和相邻主材位置向下部主材扩展,扭转变形使塔头与塔身交界处斜材以及下部结构的斜材失效。

混凝土结构连续倒塌拆除构件分析方法的认识

拆除构件法是目前在抵抗结构连续倒塌设计中应用最为广泛的分析方法。本文对拆除构件法的内容进行了系统的梳理,具体阐述了线性静力法、非线性静力法、非线性动力法的分析流程以及倒塌判定。

连续倒塌过程中构件失效动力效应分析

为了分析连续倒塌过程中,构件失效时间对动力放大系数的影响,采用拆除构件法,从理论上推导动力放大系数与失效时间的关系,并对一空间RC框架结构进行瞬态时程分析,得出柱子失效过程中失效点处初始位移、最大静位移和最大动位移变化特点,进而得到动力放大系数随失效时间和失效位置的变化规律,对理论结果进行补充说明.结果表明:局部构件失效时间对动力放大系数有显著影响,且二者成反比;随着失效时间增长,动力放大系数分布规律发生变化,失效时间较短时,除顶层外各层动力放大系数均为短边中柱最大,角柱最小;失效时间较长时,分布规律刚好相反.

悬索桥吊索断裂动力响应分析的有限元模拟方法研究

为精确模拟吊索断裂动力过程,基于拆除构件法,对模拟悬索桥断索动力过程的数值方法展开研究.以某自锚式悬索桥为工程背景,详述了三种悬索桥吊索断裂动力过程模拟方法(瞬时刚度退化法、瞬时加载法、等效卸载法)的机理和特点,并对影响结构断索动力响应的因素展开分析.研究表明:采用瞬时刚度退化法模拟悬索桥吊索断裂动力过程简单有效;悬索桥断索后结构的动力响应与限元分析模型中是否包含失效吊索单元、断索持续时间、断索过程中吊索拉力损失变化关系以及断索工况等因素密切相关.

常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析

多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构,其在局部结构构件失效下的整体结构连续倒塌可能引发严重的经济损失和社会影响。该文针对常规结构布置的典型框剪结构开展了动力连续倒塌分析,总结其规律为结构毁伤下的连续倒塌快速评估提供依据。主要工作包括:按照不同抗震设防烈度、跨度、层数设计了18个典型结构布置的框剪结构,并采用纤维梁单元和分层壳单元建立了整体结构的数值模型库;采用非线性动力拆除构件法对整体结构开展了计算分析,获得结构系统在局部构件失效下的动力响应;对比分析不同结构的连续倒塌动力响应,研究不同参数对连续倒塌后果的影响。

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。

大跨度钢结构站房抗连续倒塌动力分析

研究目的:新型大型铁路客站是大型的建筑联合体,具有较大的政治影响,在遭遇非预期荷载作用并因局部失效诱致整体结构发生连续性倒塌时,会造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失。本文采用有限元程序LS-DYNA,针对天津西综合交通枢纽中央站房轨道层以上结构体系进行非线性动力分析,探究结构在防止连续倒塌方面的薄弱环节,为运营期间的维护和类似建筑的设计提供指导与参考。研究结论:(1)在不同位置单柱失效情况下,结构发生局部破坏并产生较大位移,但破坏只集中在特定的局部区域,没有扩散;(2)在双柱失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续倒塌;(3)结构具有很好的冗余度及防止连续倒塌的能力;(4)等效荷载瞬时卸载法简单有效,可应用于大跨度钢结构站房的连续倒塌分析。

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。

半刚性连接钢框架关键柱破坏后动力响应分析

框架中关键柱破坏后,节点的连接刚度将会影响剩余结构的内力重分配及动力响应。建立了9层Benchmark钢结构模型,以端部约束系数r为参数,采用拆除构件法对关键柱破坏后结构体系的动力响应进行了分析,同时分析了不同位置柱破坏对结构体系的影响。分析结果表明:与失效柱相连处的梁其靠近失效点的梁端弯矩随节点连接刚度的增加并无明显变化规律,远离失效点的梁端弯矩随节点连接刚度的增加而增大;与失效柱相连处的梁中轴力随节点连接刚度增大而急剧减小,节点连接刚度大于一定值时,梁中轴力变化不明显;节点连接刚度的提高可以减小结构中关键构件的内力及变形,提高结构的抗倒塌能力。

钢筋混凝土框架结构连续倒塌动力放大系数

研究了钢筋混凝土框架结构连续倒塌破坏设计中的动力放大系数的取值,系统性地研究了结构的最大塑性转角、高度、宽度、配筋率及跨度对动力放大系数的影响.结果表明:不同结构的动力放大系数变化趋势一样,最大值仅为1.13,远远小于美国GSA规范给定的2.0;动力放大系数随着最大塑性转角的增加而减小,随着截面配筋率的增加而增加;结构的角柱失效的动力效应大于内柱的失效;结构不同的高宽比、跨度、截面尺寸和荷载大小对动力放大系数影响不大.

基于两种分析方法的五层RC框架抗连续倒塌分析

基于线性静力和非线性动力两种方法使用SAP2000对5层框架进行连续倒塌仿真分析,分析其抗倒塌能力,并比较两种方法下的拆除构件的位移值与弯矩值。结果表明,使用线性静力分析方法时,DCR≤2,满足抗连续倒塌要求。使用非线性动力分析方法时,拆除角柱的最大位移值为0.0156 m,拆除长边中柱的最大位移值为0.0195 m,都没有达到构件破坏的最大位移值,满足要求,根据对比两种分析方法的具体数值发现,线性静力分析方法较保守,计算速度快,非线性动力分析方法准确地反映了结构的动力响应。

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。

佛山西站站房结构防连续倒塌研究

佛山西站为大空间、大跨度结构,为研究佛山西站站房在偶然荷载作用下的防连续倒塌性能,采用拆除构件法,利用SATWE、SAP2000和ABAQUS多种软件,选取不同失效工况分别进行弹性和非线性分析,研究剩余结构的节点位移、内力及内力重分布过程。结果表明,对同一个结构单元,拆除角柱、边柱的破坏危害性更大,设计中应对角柱、边柱及相连结构、单跨结构进行加强设计。佛山西站结构具有足够的冗余度,在局部偶然荷载作用下,出现局部结构轻微破坏,不会发生连续倒塌。

主要设计参数对规则RC框架结构抗连续倒塌性能的影响

连续倒塌是指由意外事件造成工程结构的局部破坏并形成连锁反应,最终导致结构大范围破坏甚至整体倒塌,其中结构系统的冗余承载力对其抗连续倒塌性能具有显著影响。为满足工程快速评估的需要,分析、总结了主要设计参数对规则框架结构抗连续倒塌性能的影响规律。按照规范设计了18个典型钢筋混凝土(RC)规则框架,分别考虑了不同抗震设防烈度、结构总楼层数、结构跨度3个主要设计参数对结构冗余承载力的影响;采用纤维梁模型建立了所有典型框架的有限元模型,其中梁采用T形截面建模考虑有效翼缘宽度范围内楼板的贡献;采用非线性动力拆除构件法分析了框架在不同部位发生初始破坏时的连续倒塌响应,以及主要设计参数对结构连续倒塌影响的规律。

不规则RC框架结构抗连续倒塌性能分析

为研究不规则RC框架结构抗连续倒塌性能,采用ABAQUS显式模型,建立二层、三层、四层不规则形式不同的十一个平面子结构模型。通过拆除构件法,在十一个平面子结构模型拆除中柱及角柱后进行考虑动力放大系数的非线性静力Pushdown分析。结果表明:当建筑结构底层中柱破坏时,不规则建筑结构形式抗连续倒塌性能降低约30%,并且随着建筑物层数的增加,数值逐渐降低。建筑底层边柱破坏时,结构不规则程度对结构抗连续倒塌能力影响较大,最大降低约60%。可见:建筑结构在满足其功能与形式的要求的前提下,降低结构的不规则程度或加强裙楼顶部水平承重构件有利于提高结构竖向抗连续倒塌能力并防止剩余结构发生连续性倒塌。

江门站复杂支承屋盖结构稳定及抗连续性倒塌分析

江门站站房是由上部空间钢结构和下部钢筋混凝土结构组成的混合结构体系。空间钢结构包含顶部大悬挑钢网架屋盖和钢筒壳支承屋盖结构,钢筒壳支承屋盖结构空间尺寸大,杆件受力复杂,结构冗余约束度不高。为了得到整体空间钢结构的稳定性能水平和抗连续倒塌能力,对整体空间钢结构进行了屈曲特征值分析、非线性屈曲分析及抗连续性倒塌分析。结果表明,钢筒壳杆件面外计算长度系数小于1.6,整体空间钢结构具有较高的整体稳定性和刚度,对初始缺陷不敏感;单根关键杆件失效后,结构仍具有一定的抗连续倒塌能力,结构安全可靠。