超高层建筑受大型高速飞行物撞击所致非连续性坍塌模拟与研究

为了解大型高速飞行物撞击超高层建筑后,建筑物塌落过程及其特征,使用基于颗粒流的PFC3D作为平台对坍塌过程进行模拟。所构建的超高层建筑为核心筒-框架结构,飞行物由较大的三个颗粒组成,其撞击速度为720km/h,撞击高度为建筑侧面250m和100m。研究了撞击物进入层间运动的特征,及在两种高度撞击后的坍塌过程。模拟结果表明,飞行物非直接撞击核心筒时建筑不会发生整体破坏,核心筒的受撞破坏是建筑坍塌破坏的关键。建筑高处受撞击后坍塌可分为两个阶段,其现象和原因各不相同。指出了建筑高处和低处受撞坍塌过程的三点不同。最后分析了撞击塌落后的地面影响范围及特征。

地震下超高层建筑非连续性坍塌模拟及特征研究

为了了解超高层建筑在地震作用下的非连续坍塌特征,以基于颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台,模拟了某市内一拟建超高层建筑在地震作用下的坍塌过程。按照建筑物为核心筒-框架结构,且具有两变阶的特点构建模型,并分别施加了加速度a=0.2 g,0.3 g,0.4 g的正弦地震波,震动时间为9s,模拟时间为90 s。模拟结果表明:在a=0.2 g时,建筑物最终结构完整,符合7度抗震设计要求;a=0.3 g,0.4 g时,建筑物最终完全坍塌,其过程为:首先从核心筒中与震动方向相同的剪力墙开始破坏,然后是垂直震动方向的剪力墙折断,上部核心筒在整体完整情况下再次折断,下部框架分离,整体建筑垂直坍塌;a=0.4 g时的坍塌速度大约是a=0.3 g时坍塌速度的2倍。最后针对坍塌过程特征,提出了抗震构造措施。

火灾引发超高层建筑非连续倒塌模拟研究

为了解超高层建筑发生火灾后变形特征及失稳后的非连续坍塌过程,掌握引起变形和坍塌的原因,将三维颗粒流软件(PFC3D)作为模拟平台,设置核心筒-框架结构的超高层建筑火灾区域,并模拟坍塌过程。在考虑钢筋和混凝土共同作用结果的基础上,提出火灾区域中构件属性设置方法及模拟步骤。分析得到造成建筑结构摆动的3种原因,一是火区位置不同导致上部结构对火区的压力不同,二是火区位置不同导致结构受到的约束不同,三是受热膨胀性使构件产生不同程度变形。结果表明:燃烧温度为500℃,3 h后建筑发生摆动,表现出对火区位置和燃烧时间敏感的特征。1 000℃下1 h内,建筑物首先发生破坏的是梁构件,然后是承重柱。即建筑一旦进入结构破坏阶段,坍塌将是迅速且不可逆的。

复杂结构高层建筑火灾坍塌过程研究

为了探究具有多核心筒和中空结构的复杂高层建筑受火灾后的坍塌特征,采用颗粒流方法对建筑进行建模并实施火灾模拟。建筑为中空-四核心筒-框架结构,根据其特点设置了单侧火场和双侧火场两种方案,模拟温度为1000℃,1200℃,1400℃和1600℃。模拟上述情况下该建筑的坍塌过程,分析其坍塌特点和时间。总结坍塌现象发现,该类建筑在一侧受火灾作用坍塌情况下,较结构简单的高层建筑更易出现坐塌破坏,有利于坍塌范围控制;主要坐塌位置为两处,31m高变阶位置和火区上部;前期坍塌是由于火灾,后期是由于底部结构破坏而失稳坐塌;双侧火区与单侧相比,坍塌明显较快,因火灾坍塌的阶段时间较短,后期失稳坐塌时间较长。

超高层建筑爆破后非连续性倒塌模拟及爆炸模型研究

为了解超高层建筑物遇爆破情况下非连续性倒塌过程,基于颗粒流理论构建了超高层核心筒-框架结构建筑模型。同时为了实现非连续性的三维爆破模拟,采用新的能量分配方式以满足三维爆破需要。使用该模型在建筑底部三个特征位置进行爆破模拟,分析建筑坍塌过程的特征和原因。结果显示:B1爆破时建筑发生"坐塌";B2爆破时建筑发生倾倒;B3爆破时建筑下部"坐塌",上部倾倒,其直接原因各不相同。总体来说,坐塌原因应为核心筒发生破碎性破坏,倾倒原因应为核心筒发生断裂性破坏。最后得出建筑倒塌的地面影响范围。

超高层建筑受飞机撞击后坍塌过程模拟分析

为了解飞机撞击超高层建筑并引起油箱爆炸所致建筑坍塌的特征,使用基于颗粒流的PFC 3D分析程序对其撞击、爆炸及坍塌过程进行模拟。以核心筒-框架结构的超高层建筑为研究对象建立了飞机撞击模型,并引入三维爆炸模型。设计飞机撞击速度为900 km/h,撞击高度为建筑正面250 m和100 m处。对两种高度撞击后的建筑坍塌过程进行模拟,结果表明:两种坍塌都包含撞击和爆炸两种作用,直接撞击作用并不能造成建筑的坍塌,爆炸是建筑坍塌的直接原因。但两者坍塌至稳定的时间不同,撞击高度250 m所用时间为151.28 s,而撞击高度100 m所用时间为196.08 s;最终残骸的分布不同,前者分布于撞击反方向,后者分布于四周;坍塌过程不同,前者为倒塌,后者为坐塌,即上部建筑结构重力作用导致下部结构坐塌破坏;最终坍塌结果不同,前者下部建筑结构完好,后者完全破坏。