《《框架结构抗连续倒》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《框架结构抗连续倒》PPT课件.ppt（21页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、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
2、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
3、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
4、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
5、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 首层短边中部失去一根外柱 ; 首层长边中部失去一根外柱 ; 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
6、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 : 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。 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 D u/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
7、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析方法。下面，将 分别介绍这四种常用的分析方法。 线性静力分析 线性静力分析是
8、最简单最基本的一种分析方法， 此方法中结构构件的移除是个静力过程，加载 方式为一次性加载。为考虑构件的非线性，在 分析中当某一构件极限受弯承载力超过时，放 松构件的转动自由度，置入一个固定弯矩等于 构件屈服的极限受弯承载力，相当于人工加入 塑性铰，重新分析修改后的结构。当某一构件 超过受剪承载力时，该构件即为失效构件，在 进行继续分析之前，失效构件必须先从模型中 去掉。当某一失效构件去掉后，与该构件有关 的静载或活载必须重分配给其他构件。以迭 代的方式完成这中分析直到结构稳定。如分 析表明结构不稳定则将发生连续倒塌。可将 倒塌的临界状态定义为结构的极限状态。对 一特定的己有建筑，可通过不断增大
9、分析工 况中竖向荷载的系数，对结构进行上述的流 程的分析，直至结构达到极限状态，则此时 施加在结构上的所有竖向荷载即为结构的抗 倒塌极限荷载。这种方法通常只用于对结构 进行粗略的连续倒塌评估或校核，而不用于 连续倒塌的精确分析。 线性动力分析 线性动力分析虽然考虑了构件失效过程中 的动力效应，但没考虑材料的非线性，在 结构进入塑性大变形时，不能准确地计算 动力放大效应、惯性力和阻尼力，因此不 能评价结构塑性大变形时的行为。而对于 弹性结构，由线性动力分析所得的结果又 将偏于保守，且在分析过程中需要进行多 次时程分析，过程比较复杂，耗时。因此， 一般并不建议采用这种分析方法。 非线性静力分析 非
10、线性静力分析广泛的用于结构水平荷载 的分析，也称为“推覆分析 (pushover分 析 )” 。其基本原理是将某种水平荷载模式 作用于结构的计算模型上，逐步增加荷载 直至达到目标荷载 (或目标位移 )，在分析 过程中，允许构件进入非线性阶段。这种 方法通过最大位移角和屈服位移的计算可 用于分析结构在水平荷载作用下的延性情 况。一般而言，结构的延性越好，在水平 作用下的性能也愈好。 连续倒塌非线性静力分析可采用逐步增加 竖向荷载直至达到目标荷载 (位移 )或结构 倒塌，相当于“竖向 pushover” 分析。这 种分析方法考虑了非线性效应，在确定结 构的弹性极限和失效极限方面非常有效， 可以补充
11、非线性动力分析过程。 非线性动力分析 非线性动力分析是分析连续倒塌最为精确 的一种方法，分析过程充分考虑了构件移 除的动力特性及材料的非线性，结构可以 产生大变形，材料可以进入非线性阶段， 出现塑性铰，可进行充分的内力重分布， 真实地反应结构倒塌的实际过程，提供了 更为理想的结果。 结构在不同偶然荷载作用下，构件失效时 间是不同的，一般来说结构在爆炸 汽车 撞击作用下构件是瞬间破坏的，而在火灾 等作用的失效时间较长。研究表明上图所 示的动力荷载引起的动力响应对构件失效 时间比较敏感。失效时间的取值和构件失 效后结构的自振周期 T有关，失效时间 4T时，相当于静荷载情况。根据 美国规范 的规定，失效时间的取值不应大于 0.1To
《框架结构抗连续倒》PPT课件.ppt
