框架结构抗连续倒31.ppt

框架结构抗连续倒塌性能分析 1、连续倒塌分析方法 2、拆除构件的关键问题 3、分析方法—静力线性、静力非线性、动力线性、动力非线性。 前言：一般来说，如果结构的最终破坏状态与初始破坏不成比例，即可称之为连续倒塌。进行连续性倒塌分析的目的是确定结构抵抗偶然作用的能力，检验当某一个关键部位移除后荷载的重分布能力。结构连续倒塌分析可分为两类:连续倒塌评估和连续倒塌仿真。前者是指采用合适的分析方法及倒塌评价准则对己有建筑或拟建建筑进行连续倒塌分析，主要应用于结构抗连续倒塌设计;后者是对结构倒塌的全过程进行模拟。 1、连续倒塌分析方法 目前抗连续倒塌分析的方法主要有：拆除构件法、特殊荷载抵抗法、构造设计法以及连续倒塌仿真。 特殊荷载抵抗法对结构进行抗连续倒塌分析，是把偶然作用对结构的影响量化成荷载载值大小，从而确定出分析中采用的荷载效应组合以及荷载量值。 构造措施法是通过构造措施来加强结构的连续性和延性，维持结构的稳定性。 构造措施法的研究集中在分析结构拉结体系对结构的连接性、延性和冗余度的影响。拉结体系是指通过设置水平和垂直拉接筋，有效地将结构连接在一起，增加连续性和延性，使结构具有“搭桥”能力。结构的某一竖向承重构件破坏时，其上的水平构件中的拉杆通过悬索作用在破坏构件上方形成“桥”，改变原传力路径，将荷载由其相邻构件承担，从而限制破坏的发展，提高结构的抗连续倒塌能力。结构的平面和竖向布置拉结体系能有效防止建筑物发生连续性倒塌，利用拉索的悬链线作用可大大增强结构的抗倒塌承载能力。下图所示为框架结构中，拉索悬链线作用的机理: 当框架中的某根柱因偶然作用失效时，设置于楼板中的拉索发挥悬链作用，把原来由失效柱承担的荷载向邻近的柱子传递，从而增强结构重新分布荷载的能力。 连续倒塌仿真综合运用固体力学理论和非线性有限元数值分析技术，对结构连续倒塌过程进行模拟仿真，了解连续倒塌破坏的全过程，为结构抗连续倒塌设计提供依据。在通用有限元法基础上进行二次开发以及直接采用显式动力有限元分析软件如LS-DYNA就可以用于连续倒塌仿真。 拆除构件法通过有选择性的移除一根或几根主要的竖向受力构件模拟偶然作用对建 筑物的直接主要破坏，然后分析剩余结构在自重和外部荷载作用下的内力重分布，检查结构构件或连接超出设计承载力后的破坏和整体结构的倒塌敏感性，以此来评价结构抵御连续倒塌的能力。其中，构件的“拆除”是指让相应的构件退出计算，但不影响相连构件之间的连接。也就是结构的节点不会受到影响。 拆除构件法是从结构连续倒塌的含义出发研究关键构件破坏后结构响应状态的成熟方法，其分析技术注重结构自身的抗力分析层面，分析对象为己破损结构，不计入偶然作用对结构中其它构件的冲击波作用和其它直接效应。 拆除构件法不针对某一种偶然作用来对结构进行特殊的设计，而是希望结构在发生局部破坏之后发挥体系自身的能力来控制或阻止破坏的扩散和蔓延。其分析过程与引起连续倒塌的原因无关，适用于各种非常规荷载作用下的倒塌分析，在偶然作用难以量化的条件下，这种方法的可操作性强，有助于初步认识结构体系的倒塌失效机制与性能表现，因而得到了广泛的应用 2、拆除构件的关键问题 拆除构建的选择： 根据美国规范的规定对于抗弯框架体系，为了完成连续倒塌分析应考虑拆除的构件包括: (1)外部周边 ①首层短边中部失去一根外柱; ②首层长边中部失去一根外柱; ③首层失去一根角柱。 (2)内部 地下车库或空旷的首层内柱。 这些部位的选取还是需要根据工程经验来确定。 破坏限度 美国规范提出了主要承重构件失效带来的倒塌领域准则，允许破坏可能发生在失效构件的上一层或下一层，具体允许破坏程度如下: ①纯框架体系的破坏范围不应大于一根柱以外任何方向一跨。 ②其他框架体系的破坏范围不应超过70m2或楼层面积的15%。如破坏范围超过以上限值则应重新设计，从头开始连续倒塌分析。 下表给出了框架结构构件防倒塌的最大允许延性或转动限度。表中延性极限为极限位移与弹性位移比值Du/Dy 材料构建性能： 构件在偶然作用下的失效是个短期行为，在瞬间脉冲作用下，钢筋和混凝土的平均应变速率比标准材性试验的应变速度高出几千倍，这将影响材料的强度和变形等力学性能，这种影响称之为应变率效应。国外研究表明，这种效应会显著提高钢筋混凝土材料的强度和延性。为考虑应变率效应的有利作用，导则中允许考虑连续倒塌分析时某些材料强度可以提高。混凝土和钢筋可以比设计强度提高10%。 3、分析方法 当结构发生初始破后，其几何构成发生突变而振动，从而产生惯性力，并通常伴有大变形，因此结构连续倒塌实质上是个非线性动力过程。而根据是否考虑非线性和动力效应，拆除构件法可采用线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析以及非线性动力分析四种分