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本文建立了适合框架结构倒塌分析的离散单元模型,并且研究了模型的破坏准则、阻尼等参数确定方法。对框架结构在地震作用下的倒塌全过程进行了数值分析和可视化仿真模拟。算例表明,本文方法是有效的,可以较正确地分析剪切型框架结构的倒塌破坏过程。 相似文献
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《国际地震动态》2016,(4)
国内外历次大地震表明,建筑物的破坏倒塌是造成人员伤亡的主要原因,提高结构的抗倒塌能力、震时采取有效的避难策略和震后安全快速的救援则是减少人员伤亡的重要途径。本文通过地震废墟现场调查、地震模拟倒塌试验、结构倒塌的有限元数值模拟和理论分析相结合的手段,研究了3类典型建筑结构在地震中的倒塌机理与倒塌规律,并对废墟结构特点及其内部存活空间的类型和分布规律做出总结,结合实际地震情况,对震时人员的应急避难方法和搜索救援策略提出了建议。本论文主要完成了以下6个方面的工作:(1)基于实际震害分析,初步给出了3类典型建筑结构地震倒塌模式及建筑废墟类型划分原则、存活空间分布规律。收集查阅了大量实际震害资料,并在汶川特大地震造成的北川地震遗址详细调查的基础上,从北川老县城大量建筑废墟中筛选出28个典型案例,对其体型尺寸、格局布置、倒塌方向、支撑构件及可能的存活空间分布规律进行了详细研究,总结给出了建筑废墟类型的划分原则,初步揭示了废墟中存活空间的分布规律。(2)设计完成了RC框架结构、底框砌体结构、砖混砌体结构3类8个代表性结构缩尺模型的地震模拟倒塌试验,获得了上述3类结构地震作用下动力特性变化、破坏性裂缝产生、发展及最终倒塌全过程的系统认识,在与实际震害交互验证对比分析的基础上,进一步总结了3类房屋结构的倒塌机制及其废墟中可能的存活空间分布规律。(3)以RC框架结构振动台倒塌试验结果为基准,总结建议了一套利用显式动力有限元软件对结构地震倒塌进行数值模拟的高效分析方法。采用ANSYS软件中的非线性显式有限元动力分析模块,通过对RC框架结构进行大量的倒塌模拟分析并与试验结果进行对比,给出了倒塌数值模拟过程中需要注意的"重力预应力化"、"沙漏控制"、"应变率效应"、"侵蚀接触"、"材料选择"等关键问题的处理方法,指出了采用不同模拟方法之间的优缺点,建议了一套高效模拟方法。(4)通过10组不同频谱特性、不同输入方向的地震动作用下典型RC框架结构的倒塌数值模拟分析对比,总结给出了地震动输入对典型RC框架结构倒塌模式的影响规律;通过对典型砌体结构、底框砌体结构两类不同形式建筑的倒塌数值模拟分析,进一步验证了由RC框架结构倒塌分析得到的地震动对倒塌模式的影响规律;通过对内廊式RC框架结构、多跨外廊式RC框架结构两类不同布置形式结构的倒塌数值模拟,分析了这两类结构与双跨外廊式RC框架结构在倒塌特点上的异同;对倒塌模拟过程中发现的RC框架结构的"扭转异常"和"小跨倒塌"及多跨RC框架结构的"上部楼层扭转"和"上部倾斜方向改变"4类特殊倒塌模式进行了深入分析,并揭示了其产生机制。(5)基于本研究大量的倒塌试验与倒塌模拟分析结果,提出了"地震动致塌方向"的概念,并建立了用于判别结构倒塌模式的新方法——"M值"法。通过分析8个模型倒塌试验以及倒塌数值模拟过程中地震动作用方向与倒塌模式之间的关系,证明了水平地震动分量在对结构倒塌的方向影响上具有定向性,由此提出了"地震动致塌方向"的概念,深入探讨了其产生机理及影响因素;以此为基础,结合对结构倒塌全过程的理论分析,提出了结构倒塌模式的"M值"判别法,并通过倒塌试验及倒塌数值模拟结果验证了方法的合理性及可行性。(6)结合实际震害、典型结构地震模拟试验以及数值模拟分析结果,对3类典型建筑废墟的结构特征进行了深入剖析,进一步给出了地震致塌的建筑废墟中存活空间的分布规律。基于建筑倒塌模式及存活空间分布规律研究结果,对实际地震中人员逃生路径、应急避难位置以及震后应急搜索、救援中的安全应对措施提出了原则性建议。 相似文献
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首先介绍了CFRP加固受损钢筋混凝土柱的数值模拟方法,通过OpenSees软件进行了建模分析,数值模拟结果与试验结果的对比验证了该数值模型的有效性;其次,对一6层钢筋混凝土框架以受极罕遇地震影响进行预损,采用损伤指数和折减系数的方法建立震损钢筋混凝土框架的分析模型,并选择5种不同的CFRP加固方案对其进行加固;最后,对CFRP加固的震损RC框架进行增量动力分析。定量的评价了CFRP加固震损RC框架的抗整体性倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明:CFRP加固能有效提高震损钢筋混凝土框架结构的抗震性能。加固部位的选择对加固效果的影响很大,在所选用的5种CFRP加固方案中,对底层及第2层的梁柱进行加固的方案对提高震损钢筋混凝土框架的抗整体性倒塌能力效果最佳。 相似文献
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总结了数字化预测钢框架结构倒塌和预测精度通过两个4层标准抗弯框架的1∶8缩尺模型的地震模拟器试验得到证实的研究计划。文中论证了以下几点:(1)由于结构框架和地震地面运动的实际综合作用,可能发生侧倾倒塌;(2)P-Δ效应和构件损坏接近倒塌的结构框架的性能起主导作用;(3)只要构件的损坏在分析模型中有足够的代表性,那么就可以用相对简单的分析模型来合理地预测结构的倒塌;(4)接近倒塌的框架体系对于框架中每个重要构件所经历的受力过程非常敏感,意味着通常用于构件试验的对称循环加载过程并不能为模拟接近倒塌的损坏提供足够的信息。 相似文献
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对重大工程结构进行强地震作用下的连续倒塌全过程分析并建立相应的设计与控制方法,已成为当前地震工程领域的发展趋势。目前,由于数值求解方面的困难,绝大多数针对极端作用下的结构连续倒塌的研究止步于数值临界状态的界定,在分析过程中不能实时地对结构构件的损伤状态进行监测并根据构件的损伤状态对分析模型进行修改。为了实现连续倒塌过程中构件的逐步失效,在OpenSees程序中,基于Beam with Hinges Element构建了端部带附属节点的Beam with Hinges Element,并根据构件失效情况对附属节点的多点约束进行控制。采用三次静力凝聚方法和Newmark-beta法,给出了对此改进建模技术可信的理论背景,方法的准确性通过一个简单框架算例得到了验证。 相似文献
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近地空中爆炸作用下钢框架结构冲击响应 总被引：2，自引：0，他引：2
采用多物质欧拉与拉格朗日耦合算法,对框架结构和混凝土地面采用Lagrange单元、空气和炸药采用多物质ALE单元,建立流固耦合有限元模型,对一个五层的钢框架结构在近地爆炸作用下冲击压力波的传播过程、结构冲击响应和变形以及破坏过程进行了数值模拟.数值模拟分析结果表明,拉格朗日-欧拉耦合算法较好地模拟了爆炸冲击波在介质中的传播和作用在结构上的爆炸荷载效应.在爆炸近区,空气爆炸冲击波的衰减速率快;爆炸产生强烈的冲击波首先使钢框架结构正面的柱和梁柱节点区产生很大的塑性变形,钢框架柱在发生爆炸的瞬间失去承载能力,最终导致建筑物整体倒塌.考虑结构变形和流体荷载间的相互影响可以较真实地模拟结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌过程,为研究结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌提供了有效手段. 相似文献
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强震作用下混凝土框架结构倒塌过程的数值分析 总被引：7，自引：2，他引：7
本文引入机械铰概念解释了钢筋混凝土杆件在地震作用下的失效过程，继而建立了以楼层为基本单位的强梁弱柱型框架结构的倒塌分析模型。并将离散单元法的中心算法一动态松弛法运用到结构倒塌分析模型中，成功地模拟了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌全过程反应。 相似文献
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结构地震倒塌判别准则是工程结构强震分析的关键问题。在层损伤模型的基础上,建立了基于推覆分析的建筑结构整体损伤模型,并以国内某2层2跨平面钢框架结构拟静力试验为背景,应用有限元程序ABAQUS对平面钢框架进行了强震倒塌数值模拟。分析了钢框架结构的倒塌破坏过程,基于建议地震倒塌判别准则研究了钢框架结构的损伤演化规律。结果表明:钢框架结构在强震作用下的损伤发展顺序与塑性发展顺序一致;基于推覆分析的结构整体损伤模型能较好的体现强震作用下钢框架结构的损伤演化规律,且在上下界处收敛;强震作用下,钢框架结构的初始损伤主要由结构的残余侧移引起,而后期损伤主要由结构的承载力和刚度退化引起。 相似文献
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地震发生时建筑物的倒塌是造成人员伤亡的最直接原因。在地震救援时,救援人员对废墟形式的准确了解能够有效地提高救援效率。倒塌废墟形成规律的研究方法多种多样,利用数值方法模拟建筑物倒塌也是一种值得尝试的方法。利用数值方法进行结构倒塌模拟时可以通过程序开发分析,也可以直接使用显示动力分析软件分析。不管使用何种数值方法,结构构件的材料特性和断裂处理都直接影响着计算结果的准确度。本文基于显式动力分析软件LS-DYNA,使用winfrith材料模型和基于裂缝宽度相关的失效准则,进行了单层砌体振动台试验模型的倒塌模拟分析,并与试验结果进行了对比。结果表明,此方法较为可靠,可进行砌体结构的倒塌模拟。 相似文献
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耐震时程法（ETA）仅需少量的非线性时程分析,便可以掌握结构倒塌破坏的全过程。但是,此方法目前较少应用于结构倒塌失效分析。本文探讨了耐震时程曲线的特性及拟合思路,以钢筋混凝土框架为研究对象,应用ETA方法分析了钢筋混凝土框架的地震响应及损伤发展。研究结果:（1）混凝土框架结构的地震响应分析结果表明:采用ETA方法分析时结构顶点位移和层间位移角与采用IDA方法分析时接近,而最大基底剪力会略大;但是,两种方法的结果相关系数均接近于1。（2）强震下的结构倒塌分析结果表明:ETA方法能较为准确的预测结构的塑性铰分布、塑性铰出现概率及塑性铰发展顺序。当采用多条耐震时程加速度曲线作为输入时,评估结果准确性更高。由于ETA方法仅需进行少量几条耐震时程分析且计算高效,因此ETA方法可以成为预测结构失效模式的高效方法。 相似文献
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Effect of ground motion selection methods on seismic collapse fragility of RC frame buildings 总被引：1，自引：0，他引：1 
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下载免费PDF全文 Variation in the seismic collapse fragility of reinforced concrete frame buildings predicted using different ground motion (GM) selection methods is investigated in this paper. To simulate the structural collapse, a fiber‐element modelling approach with path‐dependent cyclic nonlinear material models that account for concrete confinement and crushing, reinforcement buckling as well as low cycle fatigue is used. The adopted fiber analysis approach has been found to reliably predict the loss in vertical load carrying capacity of structural components in addition to the sidesway mode of collapse due to destabilizing P–Δ moments at large inelastic deflections. Multiple stripe analysis is performed by conducting response history analyses at various hazard levels to generate the collapse fragility curves. To select GMs at various hazard levels, two alternatives of uniform hazard spectrum (UHS), conditional mean spectrum (CMS) and generalized conditional intensity measure (GCIM) are used. Collapse analyses are repeated based on structural periods corresponding to initial un‐cracked stiffness and cracked stiffness of the frame members. A return period‐based intensity measure is then introduced and applied in estimating collapse fragility of frame buildings. In line with the results of previous research, it is shown that the choice of structural period significantly affects the collapse fragility predictions. Among the GM selection methods used in this study, GCIM and CMS methods predict similar collapse fragilities for the case study building investigated herein, and UHS provides the most conservative prediction of the collapse capacity, with approximately 40% smaller median collapse capacity compared to the CMS method. The results confirm that collapse probability prediction of buildings using UHS offers a higher level of conservatism in comparison to the other selection methods. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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为了研究不同跨高比多层钢框架内填混凝土深梁结构的抗震性能,在钢框架内填混凝土深梁滞回性能试验的基础上,利用ABAQUS对六层纯钢框架（结构一）、钢框架内填跨高比为2混凝土深梁结构（结构二）和钢框架内填跨高比为0.75混凝土深梁结构（结构三）进行弹塑性时程分析。结果表明:内填混凝土深梁使结构整体刚度明显增大;在地震波的作用下,结构二的最大顶点位移降低可达58.3%,结构三的最大顶点位移降低可达89.3%,内填混凝土深梁,结构的抗侧移性能得到了极大改善,且随着深梁跨高比的减小而大幅度提升;结构二滞回曲线饱满,呈现纺锤形,混凝土深梁充分起到了第一道防线作用。经济合理的钢框架内填混凝土深梁结构具有一定的工程应用价值。 相似文献
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为研究梯段板下端设置隔震防倒塌支座和楼梯间位置对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响,利用ETABS软件建立不包括、包括隔震防倒塌支座的3种楼梯间布置方案,6个框架结构计算模型。通过模态分析、反应谱分析和Pushover分析,研究隔震防倒塌支座和楼梯间位置对框架结构的振型、内力及破坏机制的影响。结果表明:梯段板下端设置隔震防倒塌支座后,楼梯间位置对钢筋混凝土框架结构的扭转效应影响较小,且框架结构在两个主轴方向的动力特性比较接近;楼梯间框架柱内力均显著降低,但楼梯间布置在最边跨时,在垂直于梯跑方向地震作用下,框架结构边柱内力较大;框架梁对整体框架结构的耗能贡献较多,增强了框架结构的抗震性能,大震时楼梯构件严重破坏较晚,设置隔震防倒塌支座可保证楼梯整体稳定性。 相似文献
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Non‐ductile reinforced concrete buildings represent a prevalent construction type found in many parts of the world. Due to the seismic vulnerability of such buildings, in areas of high seismic activity non‐ductile reinforced concrete buildings pose a significant threat to the safety of the occupants and damage to such structures can result in large financial losses. This paper introduces advanced analytical models that can be used to simulate the nonlinear dynamic response of these structural systems, including collapse. The state‐of‐the‐art loss simulation procedure developed for new buildings is extended to estimate the expected losses of existing non‐ductile concrete buildings considering their vulnerability to collapse. Three criteria for collapse, namely first component failure, side‐sway collapse, and gravity‐load collapse, are considered in determining the probability of collapse and the assessment of financial losses. A detailed example is presented using a seven‐story non‐ductile reinforced concrete frame building located in the Los Angeles, California. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Shaking table test and numerical simulation of an RC frame‐core tube structure for earthquake‐induced collapse 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 The reinforced concrete frame‐core tube structure is a common form of high‐rise building; however, certain vertical components of these structures are prone to be damaged by earthquakes, debris flow, or other accidents, leaving no time for repair or retrofit. This study is motivated by a practical problem—that is, the seismic vulnerability and collapse resistant capability under future earthquakes when a vertical member has failed. A reduced scale model (1:15 scale) of a typical reinforced concrete frame‐core tube with a corner column removed from the first floor is designed, fabricated, and tested. The corner column is replaced by a jack, and the failure behavior is simulated by manually unloading the jack. The model is then excited by a variety of seismic ground motions on the shaking table. Experimental results concerning the seismic responses and actual process of collapse are presented herein. Finally, the earthquake‐induced collapse process is simulated numerically using the software program ANSYS/LS‐DYNA. Validation and calibration of the model are carried out by comparison with the experimental results. Furthermore, based on both experimental investigations and numerical simulations, the collapse mechanism is discussed, and some suggestions on collapse design are put forward. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Earthquake-induced building collapse and progressive collapse due to accidental local failure of vertical components are the two most common failure modes of reinforced concrete (RC) frame structures. Conventional design methods usually focus on the design requirements of a specific hazard but neglect the interactions between different designs. For example, the progressive collapse design of an RC frame often yields increased reinforcement and flexural strength of the beams. As a result, the seismic design principle of “strong-column-weak-beam” may be violated, which may lead to unfavorable failure modes and weaken the seismic performance. To avoid these adverse effects of the progressive collapse design on the seismic resistance of RC frames, a novel structural detailing is proposed in this study. The proposed detailing technique intends to concurrently improve the seismic and progressive collapse performances of an RC frame by changing the layout of the newly added longitudinal reinforcement against progressive collapse without introducing any additional reinforcement. A six-story RC frame is used as the prototype building for this investigation. Both cyclic and progressive collapse tests are conducted to validate the performance of the proposed structural detailing. Based on the experimental results, detailed finite element (FE) models of the RC frame with different reinforcement layouts are established. The seismic and progressive collapse resistances of different models are compared based on the incremental dynamic analysis (IDA) and nonlinear dynamic alternate path (AP) methods, respectively. The results indicate that the proposed structural detailing can effectively resolve the conflict between the seismic and progressive collapse designs. 相似文献
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绝大多数针对极端作用下的结构连续倒塌分析,在分析过程中不能实时地根据构件的损伤状态对分析模型进行修改,也不能考虑连续倒塌过程中的各种碰撞问题。连续倒塌过程中发生的碰撞对结构响应预测有重大影响。本文依据钢筋混凝土框架结构发生梁-梁碰撞的机理,基于OpenSees平台建模,结合Matlab的混合编程计算碰撞力,通过添加碰撞时程力并对结构进行模型更新,合理地实现钢筋混凝土框架结构在强震作用下的连续倒塌过程中发生梁-梁碰撞的具体过程。将得到的结果和传统时程分析法的结果进行的对比表明,结合Matlab和OpenSees命令可以实时地计算碰撞力序列和对结构进行更新,梁-梁碰撞和构件的逐步失效使结构的水平位移和转角有一定的增大,竖向位移有一定减小。 相似文献
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Near‐collapse response of existing RC building under severe pulse‐type ground motion using hybrid simulation 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 Column shear‐axial failure is a complex response, which lends itself to physical experimentation. Reinforced concrete structures built prior to the mid‐1970s are particularly susceptible to such failure. Shear‐axial column failure has been examined and studied at the element level, but current rehabilitation practice equates such a column failure with structural collapse, neglecting the collapse resistance of the full structural system following column failure. This system‐level response can prevent a column failure from leading to progressive collapse of the entire structure. In this study, a hybrid simulation was conducted on a representative pre‐1970s reinforced concrete frame structure under severe seismic ground motion, in which three full‐scale reinforced concrete columns were tested at the University of Illinois at Urbana Champaign. The analytical portion of the model was represented in the computer program OpenSees. Failure occurred in multiple physical specimens as a result of the ground motion, and the hybrid nature of the test allowed for observation of the system‐level response of the tested columns and the remaining structural system. The behavior of the system accounting for multiple column shear‐axial failure is discussed and characterized. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献