框架結構抗連續倒第一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日前言：一般來說，如果結構的最終破壞狀態與初始破壞不成比例，即可稱之為連續倒塌。進行連續性倒塌分析的目的是確定結構抵抗偶然作用的能力，檢驗當某一個關鍵部位移除后荷載的重分布能力。結構連續倒塌分析可分為兩類:連續倒塌評估和連續倒塌仿真。前者是指采用合適的分析方法及倒塌評價準則對己有建筑或擬建建筑進行連續倒塌分析，主要應用于結構抗連續倒塌設計;后者是對結構倒塌的全過程進行模擬。第二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日1、連續倒塌分析方法目前抗連續倒塌分析的方法主要有：拆除構件法、特殊荷載抵抗法、構造設計法以及連續倒塌仿真。特殊荷載抵抗法對結構進行抗連續倒塌分析，是把偶然作用對結構的影響量化成荷載載值大小，從而確定出分析中采用的荷載效應組合以及荷載量值。構造措施法是通過構造措施來加強結構的連續性和延性，維持結構的穩定性。第三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日構造措施法的研究集中在分析結構拉結體系對結構的連接性、延性和冗余度的影響。拉結體系是指通過設置水平和垂直拉接筋，有效地將結構連接在一起，增加連續性和延性，使結構具有“搭橋”能力。結構的某一豎向承重構件破壞時，其上的水平構件中的拉桿通過懸索作用在破壞構件上方形成“橋”，改變原傳力路徑，將荷載由其相鄰構件承擔，從而限制破壞的發展，提高結構的抗連續倒塌能力。結構的平面和豎向布置拉結體系能有效防止建筑物發生連續性倒塌，利用拉索的懸鏈線作用可大大增強結構的抗倒塌承載能力。下圖所示為框架結構中，拉索懸鏈線作用的機理:第四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日當框架中的某根柱因偶然作用失效時，設置于樓板中的拉索發揮懸鏈作用，把原來由失效柱承擔的荷載向鄰近的柱子傳遞，從而增強結構重新分布荷載的能力。第五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日連續倒塌仿真綜合運用固體力學理論和非線性有限元數值分析技術，對結構連續倒塌過程進行模擬仿真，了解連續倒塌破壞的全過程，為結構抗連續倒塌設計提供依據。在通用有限元法基礎上進行二次開發以及直接采用顯式動力有限元分析軟件如LS-DYNA就可以用于連續倒塌仿真。拆除構件法通過有選擇性的移除一根或幾根主要的豎向受力構件模擬偶然作用對建第六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日筑物的直接主要破壞，然后分析剩余結構在自重和外部荷載作用下的內力重分布，檢查結構構件或連接超出設計承載力后的破壞和整體結構的倒塌敏感性，以此來評價結構抵御連續倒塌的能力。其中，構件的“拆除”是指讓相應的構件退出計算，但不影響相連構件之間的連接。也就是結構的節點不會受到影響。拆除構件法是從結構連續倒塌的含義出發研究關鍵構件破壞后結構響應狀態的成熟方法，其分析技術注重結構自身的抗力分析層面，分析對象為己破損結構，不計入偶然作用對結構中其它構件的沖擊波作用和其它直接效應。第七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日拆除構件法不針對某一種偶然作用來對結構進行特殊的設計，而是希望結構在發生局部破壞之后發揮體系自身的能力來控制或阻止破壞的擴散和蔓延。其分析過程與引起連續倒塌的原因無關，適用于各種非常規荷載作用下的倒塌分析，在偶然作用難以量化的條件下，這種方法的可操作性強，有助于初步認識結構體系的倒塌失效機制與性能表現，因而得到了廣泛的應用第八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日2、拆除構件的關鍵問題拆除構建的選擇：根據美國規范的規定對于抗彎框架體系，為了完成連續倒塌分析應考慮拆除的構件包括:(1)外部周邊①首層短邊中部失去一根外柱;②首層長邊中部失去一根外柱;③首層失去一根角柱。第九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日(2)內部地下車庫或空曠的首層內柱。這些部位的選取還是需要根據工程經驗來確定。第十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日破壞限度美國規范提出了主要承重構件失效帶來的倒塌領域準則，允許破壞可能發生在失效構件的上一層或下一層，具體允許破壞程度如下:①純框架體系的破壞范圍不應大于一根柱以外任何方向一跨。②其他框架體系的破壞范圍不應超過70m2或樓層面積的15%。如破壞范圍超過以上限值則應重新設計，從頭開始連續倒塌分析。第十一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日下表給出了框架結構構件防倒塌的最大允許延性或轉動限度。表中延性極限為極限位移與彈性位移比值Du/Dy第十二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日材料構建性能：構件在偶然作用下的失效是個短期行為，在瞬間脈沖作用下，鋼筋和混凝土的平均應變速率比標準材性試驗的應變速度高出幾千倍，這將影響材料的強度和變形等力學性能，這種影響稱之為應變率效應。國外研究表明，這種效應會顯著提高鋼筋混凝土材料的強度和延性。為考慮應變率效應的有利作用，導則中允許考慮連續倒塌分析時某些材料強度可以提高。混凝土和鋼筋可以比設計強度提高10%。第十三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日3、分析方法當結構發生初始破后，其幾何構成發生突變而振動，從而產生慣性力，并通常伴有大變形，因此結構連續倒塌實質上是個非線性動力過程。而根據是否考慮非線性和動力效應，拆除構件法可采用線性靜力分析、非線性靜力分析、線性動力分析以及非線性動力分析四種分析方法。下面，將分別介紹這四種常用的分析方法。第十四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日線性靜力分析線性靜力分析是最簡單最基本的一種分析方法，此方法中結構構件的移除是個靜力過程，加載方式為一次性加載。為考慮構件的非線性，在分析中當某一構件極限受彎承載力超過時，放松構件的轉動自由度，置入一個固定彎矩等于構件屈服的極限受彎承載力，相當于人工加入塑性鉸，重新分析修改后的結構。當某一構件超過受剪承載力時，該構件即為失效構件，在進行繼續分析之前，失效構件必須先從模型中去掉。當某一失效構件去掉后，與該構件有關第十五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日的靜載或活載必須重分配給其他構件。以迭代的方式完成這中分析直到結構穩定。如分析表明結構不穩定則將發生連續倒塌。可將倒塌的臨界狀態定義為結構的極限狀態。對一特定的己有建筑，可通過不斷增大分析工況中豎向荷載的系數，對結構進行上述的流程的分析，直至結構達到極限狀態，則此時施加在結構上的所有豎向荷載即為結構的抗倒塌極限荷載。這種方法通常只用于對結構進行粗略的連續倒塌評估或校核，而不用于連續倒塌的精確分析。第十六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日線性動力分析線性動力分析雖然考慮了構件失效過程中的動力效應，但沒考慮材料的非線性，在結構進入塑性大變形時，不能準確地計算動力放大效應、慣性力和阻尼力，因此不能評價結構塑性大變形時的行為。而對于彈性結構，由線性動力分析所得的結果又將偏于保守，且在分析過程中需要進行多次時程分析，過程比較復雜，耗時。因此，一般并不建議采用這種分析方法。第十七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日非線性靜力分析非線性靜力分析廣泛的用于結構水平荷載的分析，也稱為“推覆分析(pushover分析)”。其基本原理是將某種水平荷載模式作用于結構的計算模型上，逐步增加荷載直至達到目標荷載(或目標位移)，在分析過程中，允許構件進入非線性階段。這種方法通過最大位移角和屈服位移的計算可用于分析結構在水平荷載作用下的延性情況。一般而言，結構的延性越好，在水平作用下的性能也愈好。第十八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日連續倒塌非線性靜力分析可采用逐步增加豎向荷載直至達到目標荷載(位移)或結構倒塌，相當于“豎向pushover”分析。這種分析方法考慮了非線性效應，在確定結構的彈性極限和失效極限方面非常有效，可以補充非線性動力分析過程。第十九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日非線性動力分析非線性動力分析是分析連續倒塌最為精確的一種方法，分析過程充分考慮了構件移除的動力特性及材料的非線性，結構可以產生大變形，材料可以進入非線性階段，出現塑性鉸，可進行充分的內力重分布，真實地反應結構倒塌的實際過程，提供了更為理想的結果。第二十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日結構在不同偶然荷載作用下，構件失效時間是不同的，一般來說結構在爆炸