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1.
《世界地震工程》2015,(4)
目前国内外学者将地震倒塌和连续倒塌作为两个独立的领域进行研究,实际上框架结构的倒塌破坏系由二种机理耦合作用所致。针对此问题,采用拆除构件设计法,应用有限元程序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。结果表明:对于平面框架模型,由底层柱脚及梁柱节点区柱端失效破坏引起的柱铰破坏机制,是导致结构倒塌的主要原因。底层中柱失效后,底层迅速转化为柱铰机制,结构在重力作用下失稳坍塌,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的抗地震倒塌性能有益;对于三维空间框架模型,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3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。 相似文献
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汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。 相似文献
3.
采用ABAQUS软件建立2层1榀1跨钢筋混凝土平面框架结构的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析,模型考虑混凝土的塑性损伤和钢材的弹塑性混合强化性质、结构阻尼和连续地震引起的塑性损伤累积效应。在位移、恢复力的计算结果与已有拟动力试验结果符合较好的基础上,进一步分析该平面框架的结构损伤、塑性耗能分配机制以及混凝土、钢筋的应力-应变。结果表明:小震、中震作用下,平面框架结构基本处于弹性阶段,大震作用时进入塑性阶段;地震往复作用使梁柱节点处混凝土比柱底更容易压碎,1层梁比2层梁更容易破坏;梁的塑性耗能占比远远大于柱,该框架为典型的"强柱弱梁"结构体系;采用的建模分析方法能有效反映结构的损伤过程,可方便地用于实际工程的抗震性能评估。 相似文献
4.
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
5.
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
6.
地震、火灾和撞击等极端情况可能会引起建筑结构发生局部或者大范围的坍塌破坏。现有关于建筑结构抗连续倒塌研究主要考虑楼板对梁整体刚度的贡献,并未考虑板内钢筋的连续拉结作用,可能保守的评估了楼板对整体结构的抗连续倒塌贡献。因此,选取圆截面钢管混凝土组合节点为研究对象,基于ABAQUS软件建立板内钢筋端部不约束和约束两种不同边界条件的数值模型,分析竖向中柱失效工况下节点的破坏机理,对比不同约束条件下钢管混凝土节点的抗连续倒塌承载力计算曲线,观察板内钢筋约束条件下对该类节点梁机制和悬链线机制承载力的影响。研究结果表明:考虑板内钢筋单向拉结作用时,组合节点倒塌破坏分为:梁机制阶段、转化阶段、悬链线机制阶段和破坏阶段;对比两种不同约束条件下所得抗力曲线发现,考虑板内钢筋拉结作用时,梁机制承载力提高了7%左右,悬链线阶段承载力变化并不明显。 相似文献
7.
为研究基础隔震结构抗连续倒塌性能,以备用荷载路径法为基础,采用静力非线性Pushdown方法和静力线性方法对一栋典型的收进式竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构进行分析,从备用荷载路径的抗连续倒塌机制和需求能力比两个角度研究竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构的抗连续倒塌性能,为基础隔震结构抗连续倒塌设计提供参考;为进一步研究结构布置形式不规则性以及裙楼和塔楼层数变化对竖向不规则基础隔震抗连续倒塌性能的影响,分别建立塔楼布置不同、裙楼与塔楼层数变化的模型进行对比研究。研究表明:除角柱失效工况自身无法产生悬链线机制外,其余底层框架柱失效工况中备用荷载路径在整个推覆倒塌过程中均表现出明显的悬链线机制;当隔震支座失效时,由于隔震层水平刚度小,相邻支座无法提供足够的侧向约束作用而难以形成明显的悬链线机制;增加结构冗余度和备用荷载路径中参与荷载传递的构件数量可以有效提高剩余结构抗连续倒塌能力;除角柱和角支座外,隔震支座失效工况DCR值普遍大于对应位置底层框架柱失效工况,备用荷载路径中某些构件的失效风险相对较大。 相似文献
8.
为了充分反映结构的抗连续倒塌能力,文中基于能量原理,将结构倒塌时消耗能量与屈服时消耗能量之比定义为考虑悬链线效应的结构鲁棒性指标。首先进行一榀1/2缩尺的RC平面框架的连续倒塌试验,得到了具有双峰值点的荷载-位移曲线。基于试验数据对有限元模型进行验证与校准。进一步建立了18个RC平面框架结构数值分析模型,研究了中柱失效、边柱失效及不同梁底部纵向钢筋配筋率、顶部纵向钢筋配筋率等对考虑悬链线效应的结构鲁棒性影响规律。分析结果表明,由于边柱失效的结构无法发挥悬链线效应,鲁棒性较差;而中柱失效后的结构,由于其存在悬链线效应,结构表现出了更好的鲁棒性。结构鲁棒性系数随着梁底部钢筋配筋率的增加而降低,随着梁上部钢筋配筋率的增加而提高,梁上部钢筋配筋率显著影响结构的鲁棒性。本文提出的基于能量的考虑悬链线效应的结构鲁棒性计算方法,为RC框架结构抗连续倒塌设计提供了理论支持。 相似文献
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多层钢筋混凝土(RC)框架结构广泛用于学校、医院和办公建筑中,近年发生的多次破坏性地震中,大量RC框架结构发生粉碎性倒塌,造成大量人员伤亡。而位于同一场地的一般多层砖混结构反而不倒塌。这显示出工程界对RC框架倒塌机理的认识尚不深刻,抗震设计的结果与期望值还有很大差距。本文选取汶川地震中位于极震区的两栋典型结构作为研究对象,代表一般学校多层RC框架的漩口中学教学楼发生倒塌,而北川盐务局职工宿舍楼结构则由于底层框架柱增设适量翼墙而未倒。本文通过地震模拟振动台试验对两者的抗震性能进行了深入研究,剖析前者的倒塌机理,探讨翼墙-框架结构体系的地震响应特点。主要结果有:(1)依据国内外多次地震震害资料,总结了多层RC框架结构震害特点,重点对汶川地震极震区的两个具体结构的构造特点和实际震害进行描述。(2)通过振动台试验,研究了漩口中学结构模型地震响应规律、宏观破坏模式。依据各关键测点的实测数据和倒塌过程,分析了触发倒塌的主要原因。指出局部设置的半高填充墙显著增大了刚度,降低了延性,是倒塌的关键因素。(3)因框架柱增设适量翼墙,北川盐务局职工宿舍历经强震而不倒。对翼墙框架结构体系的概念和抗震机制进行介绍,基于翼墙框架结构和纯框架结构的pushover分析,对比研究了其抗震性能、损伤和屈服模式。(4)为研究翼墙加固RC框架体系在强烈地震作用下的抗震性能和加固效果,完成了一个缩尺比为1:4的翼墙-框架结构模型振动台试验,定量分析了结构在设防小震、中震、大震以及更高强度地震动作用下的受力特征、动力反应和损伤机制。并对试验模型与未加翼墙的纯框架数值模型进行了动力有限元分析,对比得到二者抗震性能的差异。通过以上研究证明,通过翼墙加固多层RC框架结构可以大幅提高多层RC框架的抗震性能,且经济实用、布置方便,可作为抗倒塌措施应用推广。 相似文献
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为改善带填充墙外廊式框架结构的抗震性能,尝试将采用高阻尼砂浆阻尼层的阻尼填充墙和PVA-ECC材料应用于外廊式框架结构中。以5.12汶川地震中倒塌的漩口中学综合教学楼为原型,选取最具代表性的中间榀较大跨满布填充墙框架的底层,设计制作了2个缩尺比例为1/4的单层两不等跨试验模型,并进行了低周反复加载试验,得到了其裂缝发展情况、破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化以及耗能性能。结果表明:采用高阻尼砂浆阻尼层的阻尼填充墙较普通填充墙具有更强的变形能力,对主体框架变形约束更弱,能延缓主体框架的破坏;采用PVA-ECC柱的组合框架较普通混凝土框架具有更强的承载力、更高的延性、更好的刚度退化与耗能性能。 相似文献
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为研究施工缝对框架结构抗震性能的影响,利用提出的施工缝模型,基于OPENSEES平台建模进行静力非线性分析和非线性动力时程分析。通过对比整浇框架与带缝框架的顶点最大位移、层间位移角、塑性铰出现和分布规律等明确施工缝对框架结构的抗震性能的影响程度。结果表明,施工缝使框架结构的变形和层间位移角显著增大,并且使8、9度区框架结构的层间位移角分布发生改变;施工缝使柱端更易出现塑性铰,更易发生"强梁弱柱"的破坏模式;在高烈度区,施工缝的影响比较显著,如果忽略其影响,将会高估框架结构的抗震性能。 相似文献
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为了探究上部钢结构-下部混凝土结构这类竖向刚度不同的混合结构抗连续倒塌机制,利用拆除构件法,应用ANSYS/LS-DYNA对初始失效后的剩余结构进行非线性静力(Pushdown方法)分析,研究其剩余结构的倒塌破坏模式、荷载变形关系,以及初始失效柱位置的不同和钢框架层数对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:剩余结构的倒塌破坏模式带有典型的延性变形特征,且在倒塌过程中出现位移和应力分布不连续现象;除边柱失效后剩余结构的倒塌过程仅经历了梁机制外,其余剩余结构的倒塌过程均经历了梁机制、压拱机制和悬链线机制;剩余结构的竖向承载力与初始失效柱高度呈负相关,与钢框架层数呈正相关;为剩余结构提供足够的侧向约束作用以及提高结构冗余度和备用荷载路径数量,可以有效提高剩余结构的抗连续倒塌能力。 相似文献
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竖向不规则框架结构连续性倒塌分析 总被引：1，自引：0，他引：1
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。 相似文献
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为保证框架柱端塑性铰达到预期的塑性转动之前,柱端塑性铰区不出现剪切破坏,结合框架柱塑性铰区抗剪承载力的试验研究,利用ANSYS对10个框架柱构件塑性铰区的抗剪性能进行了非线性有限元分析;有限元模型中混凝土采用SOLID65单元,钢筋采用LINK8单元,分离式建模,施加约束时将试验构件上梁上端表面的所有节点在竖直方向耦合,以保证塑性铰出现在柱端;计算了10个构件的骨架曲线,框架柱塑性铰区弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段的应力云图和破坏时的裂缝分布图,将以上计算结果与试验结果进行了对比,数值计算结果和试验结果符合良好,验证了有限元模型建立的准确性,所建模型可为今后同类问题的非线性有限元计算提供参考。 相似文献
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本文介绍了自控框架与普通框架结构振动台模型的对比试验。试验模型为两个4层单跨钢丝水泥砂浆框架结构,模型几何尺寸缩比为1/8,浇制住同一个基础台座上。试验测定和计算分析了钢筋混凝土框架结构在弹性、开裂、破坏各个阶段的动力特性、地震反应和破坏形态。结果表明:自控框架结构比普通框架结构具有较好的抗震性能。 相似文献
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本文分别采用纤维单元模型和塑性铰单元模型对一个四层足尺钢框架振动台试验进行模拟分析,在三维空间非线性分析程序Perform-3D中进行动力非线性分析,比较分析结果,并与试验结果对比,以研究两种模型应用于钢框架整体结构非线性分析的计算精度。文中并讨论了纤维单元模型截面纤维的划分、塑性区长度的取值等问题。最后对采用组合梁的整体结构模型进行了动力非线性分析。结果表明,纤维模型的建模速度比塑性铰模型快,但塑性铰模型能模拟结构的倒塌时间。Perform-3D程序的纤维单元模型和塑性铰单元模型用于计算我国规范规定的7度和8度地震作用的多层钢框架结构,其结果是真实可靠的,而且计算结果偏于安全。 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