低延性支撑钢框架结构抗倒塌性能简化评估方法∗

为量化不同设计参数条件下低延性中心支撑框架结构的抗倒塌能力,基于增量动力分析方法,计算了单自由度中心支撑钢框架结构在不同地震强度作用下的反应,分析了储备承载力、储备刚度、结构周期、强度折减系数等设计参数对低延性结构抗倒塌性能的影响。根据计算结果,建立了不同参数条件下低延性中心支撑钢框架结构的倒塌富裕度计算公式,提出了基于该公式的结构抗倒塌性能简化评估方法,通过算例验证了该方法的适用性与准确性,为此类结构抗倒塌设计提供参考。     

竖向不规则框架结构连续性倒塌分析

国内外学者利用非线性静力方法进行结构倒塌分析时,研究对象主要集中在规则的结构形式,而针对大量出现的造型独特的竖向不规则建筑的倒塌研究还相对较少。本文基于拆除构件法,利用SAP2000结构有限元软件,对竖向不规则多层框架结构进行了基于非线性静力Pushdown方法的抗连续性倒塌研究。分别研究了拆除同一结构中不同部位构件、不同层数塔楼结构中相同部位构件后剩余结构的承载力变化情况,研究结果表明:拆除竖向承重柱后的剩余结构承载力,随着上部塔楼层数的增加以及拆柱位置的上升而出现不同程度的降低;加强裙楼顶部水平向承重构件,可以使塔楼底部构件破坏后的剩余结构更好地发挥悬链线机制,并防止剩余结构发生无明显征兆的连续性倒塌。     

基于OpenSees的火灾下钢结构连续性倒塌分析

主要研究了火灾下平面钢框架的连续性倒塌模式和机制。应用OpenSees软件,对某5跨8层平面钢框架结构模型进行数值分析,研究了荷载比、梁柱刚度比和火灾场景对结构倒塌模式的影响。结果表明,随着荷载比的增大,结构倒塌模式由侧向倾倒式倒塌变为整体下沉式倒塌;当梁柱刚度比较小时,由于梁的悬链性效应,使结构发生偏向受火开间的侧向位移直至倒塌(弱梁机制),当梁的刚度比较大时,破坏首先发生在框架底层柱,结构呈整体下沉式倒塌(强梁机制);火灾中水平和竖向分布易分别引起结构局部和整体的倒塌。     

火灾下工程结构连续性倒塌分析与设计方法探讨

给出了火灾下工程结构连续性倒塌的定义,分析了工程结构在火灾作用下的特点,并给出了火灾连续性倒塌判断流程。在介绍目前常用的工程结构抗连续性倒塌分析设计方法的基础上,提出了采用替代路径法中的非线性静力分析方法对建筑结构进行火灾作用下抗连续性倒塌设计的思路。     

黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构抗震抗风性能分析

针对当前耗能减振技术用于结构抗风抗震时不具备自适应能力的问题,提出变形协调、并联出力的黏弹-金属-体化复合阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构抗风抗震自适应多灾害防御体系。本文以黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构为研究对象,进行大震及强风作用下的性能分析,并将其与普通钢框架结构和防屈曲支撑钢框架结构的抗震、抗风性能进行对比分析。结果表明,罕遇地震下黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构呈现更小的基底剪力和顶层加速度,但层间位移角较防屈曲支撑钢框架结构有所增大;在强风作用下,黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构的顶层加速度、顶层位移及层间位移均小于钢框架及防屈曲支撑框架结构。     

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点抗连续性倒塌性能分析

以中柱失效工况下的方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点为研究对象,采用ABAQUS分析其抗连续性倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、节点破坏形态等,分析了楼板在组合节点连续性倒塌过程中的作用,并对影响组合节点抗连续性倒塌性能关键参数进行分析。结果表明:该类组合节点倒塌大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、拱效应阶段、塑性阶段、混合机制阶段、悬链线效应阶段。楼板的拱效应可提升节点初期承载力,同时钢筋的拉结作用可以增强节点悬链线效应,但拉结作用的发挥与抗剪连接件有关,因此在设计施工中应重视楼板与钢梁连接的设计,确保其连接可靠,并更好地利用楼板的拱效应与悬链线效应。通过参数分析可知,增加钢梁强度与钢梁翼缘、腹板的厚度可以显著提高组合节点抗连续性倒塌性能。楼板混凝土强度的增加仅提高节点倒塌初期的承载力。     

RC框架结构地震破坏机理与抗倒塌研究现状与展望∗

多层钢筋混凝土(RC)框架结构地震破坏机理与抗倒塌设计理论一直是地震工程领域的研究热点。聚焦砌体填充墙对结构破坏模式的影响,从地震倒塌机理、结构破坏模式与成因剖析、抗地震倒塌设计理念3个方面对国内外开展的多层RC框架结构抗震研究进行了梳理、总结。结果表明:地震作用下实际工程及实验室模型难以出现设计预期的"强柱弱梁"破坏,设计细节和非结构构件均影响结构的地震破坏模式;改善填充墙与周围框架连接方式、增设翼墙或设置柔性填充墙一般均能保证结构的抗倒塌性能。     

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散问题是建筑火灾科学的两个重要研究内容,尽管二者最为关注的目标都与时间有关,即结构耐火时间和疏散时间,但实际对这两个问题的研究基本上是独立进行的。首先对结构抗火性能和人员疏散的研究现状和存在的问题进行了梳理总结,从疏散范围和疏散时间两方面讨论了结构抗火性能和人员疏散之间需要满足的关系。基于此,提出了一种适合于性能化结构抗火设计新的极限状态——安全疏散极限状态,将结构抗火性能研究和人员安全疏散结合起来,进而利用时间变量建立极限状态方程,为性能化结构抗火设计提供了一种新的思路。最后,对未来需要解决的若干关键问题进行展望。     

不同构造的圆钢管混凝土柱-H钢梁环板节点抗连续性倒塌性能分析

使用有限元分析软件ABAQUS,模拟了中柱失效工况下圆钢管混凝土柱-H钢梁外环板式节点的连续性倒塌全过程,并认为环板、钢梁以及节点核心区三部分的构造变化会对节点连续性倒塌造成很大的影响。结果表明:节点环板外伸尺寸影响塑性铰的形成位置,但改变环板外伸尺寸对连续性倒塌性能提升不明显,故此在设计中选用哪种环板应充分考虑结构、工艺以及经济方面的需要。钢梁的构造影响着连续性倒塌工程中悬链线效应的发挥,抗连续性倒塌设计中建议使用扩翼式节点,不建议使用翼缘削弱式节点,而腹板开孔式节点可以在净空高度不够的情况下使用。节点核心区的构造方式会影响梁柱连接处焊缝的脆性破坏,设计时建议采用腋板加强式节点。对现有建筑进行抗倒塌加固时,建议焊接水平加劲肋或明牛腿,该方法可以大幅提升已有结构的抗连续性倒塌性能。     

楼板对钢筋混凝土框架结构受力性能影响

汶川8级地震震害调查发现,这次地震中现浇钢筋混凝土框架结构多发生"强梁弱柱"型破坏,这与规范中"强柱弱梁"抗震设计原则相悖。为探究其原因,采用ABAQUS软件对钢筋混凝土带楼板框架和空框架结构进行了侧向加载情况的性能分析。通过对比纵向梁端钢筋应力变化和柱端钢筋应力变化,以及分析不同侧向位移对应的楼板钢筋的应力变化情况,指出楼板对梁端抗负弯矩能力的增强有很大贡献。研究了节点类型、楼板钢筋材性、侧向位移、梁高、梁跨和板厚等因素对纵向梁端处楼板有效宽度的影响规律,提出了负弯矩作用下梁端处楼板有效宽度的取值方法。     

火灾后空间混凝土框架结构的受力性能模拟

为了分析火灾后空间混凝土框架结构损伤、修复和加固后的力学性能,基于纤维单元模型和分层壳单元模型,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,将板沿截面厚度方向划分成多个层,可以考虑各个构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤或修复、加固后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python脚本语言对其进行二次开发,建立混凝土框架火灾受损分析系统(ASFCF)。进一步以一个多层多跨空间混凝土框架结构为例,利用该系统对框架在受火损伤、修复和加固后的力学反应进行了研究和对比分析。结果表明,ASFCF系统可以较为准确地进行火灾后空间混凝土框架的损伤、修复与加固后的力学性能分析。研究成果可作为评估混凝土整体框架结构火灾后的残余力学性能及修复、加固后的力学性能的理论参考。     

结构抗连锁倒塌问题研究

如何保证结构的整体性，并防止其局部破坏所造成的结构连锁倒塌问题，已经得到工程设计和研究者的广泛重视。近年来，欧美国家颁布了结构抗连锁倒塌设计标准，并提出抗连锁倒塌设计是结构多灾害防治的一种手段。改善结构的整体强劲性，是抗连锁倒塌设计主要解决的问题。通过对国内外连锁倒塌和结构整体强劲性研究发展状况的简要评述，主要介绍了连锁倒塌分析与整体强劲性的定义，讨论了整体强劲性分析和评价的不同方法以及改善整体强劲性的措施。最后，探讨了结构抗连锁倒塌与整体强劲性分析有待研究的问题。     

通过改进节点性能确保火灾下钢框架结构的鲁棒性(英文)

介绍了钢框架结构火灾下鲁棒性的背景知识,建议对于非常重要的建筑结构,抗火安全设计必须包括通常设计中尚未考虑到的意外破坏模式。文章辨识了结构意外破坏的不同模式,并提出了保证结构安全性的可行方法。本文主要介绍了如何利用梁的悬链线效应,使荷栽从受损结构重新分配到相邻结构,该效应是梁受弯承载力状态的一种转变。为确保钢梁中悬链线效应的充分发展,最重要的是要保证节点具有足够的抗拉承栽力与转动能力。本文提出了一种节点转动能力需求的量纲分析方法,并根据一些试验结果,介绍了英国常用的梁柱节点可到达的转动能力。虽然一些延性较好的节点在升温时能够达到10°的转动能力,但当钢的温度非常高时,其仍不能满足使悬链线效应充分形成时所需要的转动能力(>15°)。随后,讨论了如何提高节点的转动能力,包括:采用具有较好延性的节点(例如开反向槽口的节点),改进节点的细部构造(如将节点的受拉区移近至受压区,并为螺栓开槽型孔)和采用更强的、延性更好的由耐火钢制成的螺栓。这些提出的节点技术需要与节点在其他设计要求下的性能要求相协调(如刚度),为满足不同的结构性能要求,找到最优的节点设计方法,仍需要更深入的研究。     

钢框架连续倒塌动力效应研究

为了研究钢框架连续倒塌动力效应,采用瞬时加载法对平面和空间钢框架柱失效后动力效应进行了研究。采用基于等效塑性转角和等效竖向位移的荷载增大系数来衡量结构的动力效应,分析跨数、层数、高宽比、柱失效位置、节点转动刚度及空间作用等参数对结构动力效应的影响,研究成果可为抗连续倒塌设计提供参考。     

强震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的三维仿真分析

近年来强烈地震造成的钢筋混凝土框架结构倒塌破坏日益受到关注。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对强震作用下钢筋混凝土框架结构,从弹性工作阶段到构件开裂直至倒塌破坏的全过程进行了三维非线性仿真分析,仿真结果与真实倒塌过程吻合较好。证明了框架结构底层抗震能力薄弱,由梁柱连接部位的剪切破坏引起的节点区混凝土碎裂是导致结构倒塌的主要原因。同时也说明通过合理选取计算参数和计算模型,可以成功地再现钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的全过程,从而发现其在强震作用下的薄弱环节,为揭示框架结构倒塌破坏机理以及提高结构的抗震性能提供理论分析依据。     

单边螺栓T型节点火灾高温下抗拉性能

通过有限元方法研究了单边螺栓T型节点在火灾高温下的拉伸性能。用常温下节点拉伸试验对有限元模型进行了验证,结果表明该有限元模型可准确模拟单边螺栓T型节点的拉伸性能。采用恒温加载的方式,研究了T型构件翼缘板厚度和火灾高温对节点抗拉性能的影响。T型翼缘板厚度分别取6、18、27mm,温度分别取常温至800℃共8种不同温度,并且通过改变材性考虑不同温度对钢材强度和刚度的折减。将不同T型翼缘板厚度和温度下节点的破坏模式、抗拉强度及刚度进行比较,得出了翼缘厚度和温度对其抗拉性能的影响,进而得出该单边螺栓T型节点在火灾作用下的拉伸性能。研究结果表明,该单边螺栓连接方式,在火灾下可以提供足够的锚固力,适用于闭合截面钢构件,如钢梁和钢管柱之间的连接。     

大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能影响因素分析*

为分析大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响因素,通过 Keiwitt?6(K6)型球面网壳缩尺模型的连续倒塌试验,验证有限元模型的正确性。在此基础上,分析了传力路径和初始缺陷对大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明,两个传力路径依次失效后,网壳主要通过压杆机制抵抗连续倒塌,其破坏模式为局部倒塌。有限元分析结果与试验结果吻合较好。传力路径与初始缺陷对网壳抗连续倒塌性能影响显著：传力路径依次失效时,结构的抗连续倒塌性能可以得到充分发挥,传力路径同时失效时,结构的动力响应明显增大;随着初始几何缺陷大小的增加,网壳的抗连续倒塌性能降低;当初始缺陷大小相同时,结构并非均是在第 1 阶屈曲模态下率先发生连续倒塌。建议考虑传力路径的影响,取前 10 阶屈曲模态进行网壳的连续倒塌分析。     

火灾下空间混凝土框架结构的反应分析与模拟

根据作者开发并经过试验验证的纤维梁单元模型和分层壳单元模型，通过考虑他们之间的协调关系，建立了考虑楼板的空间混凝土框架结构火灾反应数值模型，并通过作者开发的火灾反应分析系统RCFire，实现了整体结构的火灾反应分析。纤维梁单元模型和分层壳单元模型均通过在截面上进行细分，从而考虑了不均匀温度场及材料非线性的影响。通过对一个具体框架火灾反应的分析，探讨了整体结构火灾反应的规律，为结构设计人员提高建筑结构的火灾安全提供参考。     

火灾作用下钢筋混凝土结构的性能研究

建筑物遭受火灾高温作用后,构件的承载力、变形、耐久性抗震性能等都会受到不同程度的损伤,使整个建筑结构的耐久性、安全性降低。采用ISO834标准温度一时间曲线下的火灾环境,通过对钢筋混凝土构件的两个主要组成部分：钢筋和混凝土,在高温下和高温后材料性能的分析、归纳,给出了钢筋及混凝土等结构材料抗高温的性能规律,希望能为人们研究混凝土结构的抗火性能提供些参考。     

双层桥支座布置对抗震性能的影响

双层桥上、下层桥面的支座如何布置及使用何种支座对其抗震性能有很大的影响。本文提出3种方案,并结合工程实例,采用地震非线性时程分析方法,对3种方案进行了对比分析。分析结果表明,上下层固定支座分开布置在两个桥墩上能够有效地减小固定墩所受的地震力;不设固定支座,全部采用活动盆式支座与弹塑性减震耗能装置并联,桥墩的内力大幅度降低,所有桥墩受力均匀,减隔震效果明显。