基于替代路径法的结构抗连续倒塌能力研究

摘要

结构连续倒塌是由于偶然意外荷载等产生的结构局部破坏,并导致结构破坏向其他部分发展,最终导致结构大范围倒塌。由于初始破坏无法预测,本研究的目的不是如何控制或削弱初始破坏,而是在初始破坏发生的情况下,判断结构发生连续倒塌的可能性,以及提出结构抵抗连续倒塌的措施。
　　本文以规则建筑和不规则建筑为结构模型,采用替代路径法对其抗连续倒塌能力进行了评价,在此基础上提出了多种抗连续倒塌措施,主要研究内容及结论如下:
　　1、对于规则混凝土结构,结构中上层单柱失效比结构底层相同位置单柱失效引发结构连续倒塌的风险较高。底层(或中上部楼层)角柱或中上部楼层长边边柱失效都会引发结构自上而下的连续倒塌,内柱或短边边柱失效不会引发结构的连续倒塌。
　　2、按照DoD2010中动力放大系数进行非线性静力分析能较好的反映单柱失效瞬时结构的响应,而无法反映塑性铰的发展过程以及竖向位移的最终结果。
　　3、在竖向承重构件失效情况下,X型拉结可以为结构提供替代荷载传递路径,有效减小柱失效瞬时结构的位移,抑制部分结构变形的发展,提高结构的抗连续倒塌能力。DoD2010中楼板内布置拉结有利于发挥楼板的薄膜效应,优于DoD2005中沿着梁布置水平拉结。后两种拉结方案对单柱失效瞬时节点竖向位移的影响不太显著,但能有效地抑制结构变形的进一步发展,具有一定的抗连续倒塌能力,但效果不如X型拉结显著。
　　4、对于L型不规则混凝土结构,首层外凸角处角柱失效比首层内凹角处角柱失效更容易引发结构的连续倒塌。在首层两个外柱同时失效情况下,梁、柱破坏,楼板发生坍塌,竖向位移呈加速增大的趋势,结构发生连续倒塌。首层内凹角处双柱失效后,相邻楼板容易发生坠落,从而引发局部连续倒塌,但破坏程度不及两个外柱失效工况。
　　5、对于L型不规则混凝土结构,在顶层增加钢桁架可以提高结构的整体性,增强结构在局部破坏后的荷载重分布能力,从而提高其抗连续倒塌性能。增加梁柱配筋可以提高构件的强度,降低竖向承重构件失效的风险,同时降低结构在单柱失效情况发生连续倒塌的风险,但其效果不及在顶层增加钢桁架。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外相关规范分析

1.3国内外研究现状

1.4抗连续倒塌设计

1.5抗连续倒塌数值分析

1.6倒塌判定准则

1.7本文研究目的和内容

第二章 框架结构抗连续倒塌能力分析

2.1结构模型

2.2数值分析

2.3非线性动力分析结果

2.4非线性静力分析结果

2.5本章小结

第三章 拉结强度法抗连续倒塌效果评价

3.1单柱失效后梁的受力分析

3.2拉结模型

3.3拉结效果评价

3.4拉结设计方案

3.5本章小结

第四章 L型框架抗连续倒塌能力分析

4.1不规则结构

4.2数值模型

4.3单柱失效结果分析

4.4双柱失效结果分析

4.5本章小结

第五章 L型不规则结构抗连续倒塌效果评价

5.1抗连续倒塌模型

5.2抗连续倒塌效果评价

5.3抗连续倒塌方案

5.4本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

附录A 规则混凝土结构算例配筋图

附录B L型不规则混凝土结构算例配筋图

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