钢筋混凝土框架结构抗连续性倒塌的数值分析

论文摘要

结构在使用寿命周期内可能会遭受到各种偶然荷载（如爆炸、撞击等）的作用,使结构发生局部的初始破坏,进而可能发生连续性倒塌破坏。若结构的抗连续性倒塌能力不够,则会在瞬间发生自下而上的,由局部向整体的追逐式坍塌,造成严重的人员伤亡和财产损失。国外已就结构的抗连续性倒塌,制定了相应的设计规范,鉴于我国在这方面的研究起步较晚,目前还未建立完整的结构抗连续性倒塌设计规范。本文在国内外关于结构抗连续性倒塌的研究现状及主要成果基础上,总结了结构抗连续性倒塌设计方法。运用通用有限元分析软件SAP2000对钢筋混凝土框架结构进行按拆除构件法的抗连续性倒塌能力进行研究,研究表明：1、在运用拆除构件法分析结构抗连续性倒塌时,拆除中柱,结构抗连续性倒塌能力最强；边柱次之；角柱最差。2、拆除“失效”柱对毗邻框架的影响很小,最大内力发生在与“失效”柱直接相连的梁上,且随楼层的增加,框架梁的弯矩值和剪力值逐渐降低。3、梁跨度对结构抗连续性倒塌能力有重要影响,跨度为5m-8m时,弯矩变化值均匀、缓和；跨度大于8m时,弯矩增大的速度加快。4、楼层数的增加没有显著增加结构的内力响应,这主要是由于荷载传递路径增多,使得上部结构内力变化不大。5、对于框架结构,框架梁在平面内的刚度要大于楼板在平面内的刚度,且发生破坏时,与薄膜理论的假定不符,故楼板对于框架结构的抗连续性倒塌能力影响很小。6、随着抗震设防烈度的提高,框架梁的纵向配筋有明显的增加,这有助于增强结构的抗连续性倒塌能力,但结构的抗震设计与抗倒塌设计并不是正相关的,抗倒塌设计中增加梁的纵向贯通钢筋,使得梁的刚度增大,这有悖于结构抗震设计中“强柱弱梁”的设计要求。7、规则框架由于各构件受力均匀,故其抗连续性倒塌能力强于不规则框架,本文对按我国规范设计的框架结构进行计算,发现其不满足结构抗连续性倒塌的要求。8、本文在国内外研究的基础上提出了抗连续性倒塌设计方法,在满足结构抗连续性倒塌能力要求的情况下,该法计算的梁配筋量比按GSA设计指南计算的梁配筋量降低10%左右,且结构底部的钢筋增加量要小于顶部的钢筋增加量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国外连续性倒塌规范介绍
• 1.3 结构抗震设计与抗连续性倒塌设计的关系
• 1.4 研究目的与意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 结构抗连续性倒塌分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 连续性倒塌简介
• 2.2.1 连续性倒塌定义
• 2.2.2 连续性倒塌原因
• 2.2.3 连续性倒塌特点
• 2.3 国内外有关连续性倒塌设计方法
• 2.3.1 概念设计法
• 2.3.2 拉结强度法
• 2.3.3 备用荷载路径法
• 2.3.4 局部抵抗特殊荷载作用法
• 2.3.5 不同设计方法的对比
• 2.4 本文分析方法
• 2.4.1 材料σ-ε关系
• 2.4.2 可能失效部位的考虑
• 2.4.3 荷载取值
• 2.4.4 构件失效准则
• 2.4.5 结构允许倒塌范围
• 2.4.6 本文分析流程
• 2.5 本章小结
• 第三章 钢筋混凝土框架连续性倒塌研究
• 3.1 引言
• 3.2 有限元软件分析步骤
• 3.3 钢筋混凝土框架结构连续性倒塌模型建立
• 3.3.1 四层四跨钢筋混凝土框架结构
• 3.3.2 分析模型荷载取值
• 3.4 钢筋混凝土框架结构连续性倒塌分析
• 3.4.1 拆除结构长边靠中央的一根柱
• 3.4.2 拆除结构短边靠中央的一根柱
• 3.4.3 拆除结构的一根角柱
• 3.4.4 拆除结构的一根内柱
• 3.5 本章小结
• 第四章 钢筋混凝土框架连续性倒塌潜在性评估
• 4.1 算例分析
• 4.1.1 模型信息
• 4.1.2 配筋信息
• 4.1.3 结构抗连续性倒塌分析
• 4.2 结构抗连续性倒塌能力的影响因素
• 4.2.1 结构抗震设防烈度对结构抗力的影响
• 4.2.2 楼层层数对结构抗力的影响
• 4.2.3 框架梁跨度对结构抗力的影响
• 4.2.4 拆除位置对结构抗力的影响
• 4.2.5 楼板的薄膜效应对结构抗力的影响
• 4.2.6 其他因素对结构抗连续性倒塌能力的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结构抗连续性倒塌设计
• 5.1 引言
• 5.2 本文提出的设计方法
• 5.3 结构抗连续性倒塌计算
• 5.4 提高结构抗连续性倒塌能力的措施
• 5.4.1 建筑设计方面
• 5.4.2 结构设计方面
• 5.4.3 构件设计方面
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论与展望
• 6.2 待解决的问题
• 参考文献
• 致谢