移除底层关键柱后钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能分析

摘要

近年来,自然灾害和突发事件频繁发生,结构倒塌屡见不鲜,造成了严重的人员伤亡和巨大的财产损失,建筑物的倒塌已经引起工程界和学术界的高度重视。
　　目前,国内外学者多将地震倒塌和连续倒塌作为两个独立的领域进行了大量的研究,研究对象主要针对框架结构。在地震灾害和突发事件中,框架结构的底层柱往往首先失效,此外,基于建筑风格方面的考虑,设计师通常会要求移除结构构件,从而破坏了结构的传力路径,已有研究发现此类关键构件的失效会导致结构大范围的倒塌。本文结合连续倒塌研究和地震倒塌研究方面的成果,采用拆除构件设计法,应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,完成了钢筋混凝土框架结构拆除底层关键柱后在地震作用下的倒塌全过程仿真分析,重点研究了层高、跨度、层数和关键柱位置对钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的影响。
　　文中建立了平面框架仿真分析模型,对比分析关键柱失效前后的抗倒塌性能,底层梁柱节点破坏柱端失效是引起结构倒塌的原因,底层中柱失效后,底层迅速转化薄弱层结构在重力作用下失稳坍塌。建筑结构的层高、跨度和层数对钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能有显著影响。分析结果表明,适当增加层高、减小跨度、增加层数对框架结构在底层关键柱失效后抗倒塌性能是有利的;反之,底层容易成为薄弱层,导致结构倒塌。
　　在平面框架模型的基础上建立了三维框架仿真分析模型,研究拆除不同关键柱后的钢筋混凝土框架结构倒塌性能,分析表明空间框架结构在拆除角柱后框架倒塌破坏最为严重。结构的破坏过程可以概括为三个阶段:(1)弹性阶段;(2)重力作用影响占主导地位的塑性阶段;(3)地震作用占主导地位的塑性阶段。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2国内外研究现状

1.3抗倒塌设计方法

1.4拆除构件设计法

1.5本文的主要工作

第二章 框架结构分析模型的建立及参数选取

2.1 概述

2.2 底层关键柱的拆除位置

2.3 非线性动力分析方法及相关参数

2.4 初始荷载的施加

2.5 结构破坏的判别

2.6 本章小结

第三章 平面框架拆除底层关键柱后在地震作用下的倒塌分析

3.1 框架底层中柱拆除前后抗地震倒塌性能对比分析

3.2 层高对框架抗倒塌性能的影响

3.3 跨度对框架抗倒塌性能的影响

3.4 层数对框架结构抗倒塌性能的影响

3.5本章小结

第四章 空间框架拆除底层关键柱后在地震作用下的倒塌分析

4.1拆除底层横向中柱A2后框架的抗倒塌分析

4.2拆除底层纵向中柱B1后框架的抗倒塌分析

4.3拆除角柱A1后框架的抗倒塌分析

4.4 结果对比分析

4.5 本章小节

结论与展望

结论

需进一步研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢