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。

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。