考虑楼板作用的钢筋混凝土空间框架抗连续倒塌性能研究
发布时间：2020-08-20 23:18
【摘要】：自1968年英国Ronan Point公寓发生倒塌以来,国内外学者逐渐对建筑结构在偶然荷载作用下的连续倒塌问题展开了研究。尽管目前关于该问题的研究已取得丰硕成果,但大多忽略了楼板因素的作用。而楼板作为钢筋混凝土空间框架的重要受力构件之一,有必要研究其对抗连续倒塌性能的影响。本文采用拆除构件法,模拟了钢筋混凝土空间框架在拆除首层不同位置柱时的连续倒塌过程,研究了其考虑楼板作用的抗连续倒塌性能。本文主要工作如下:(1)针对现有某钢筋混凝土框架倒塌试验,利用ABAQUS建立验证模型,将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了有限元建模方式及模拟过程的正确性。(2)以一个两跨两层的钢筋混凝土空间框架为分析对象,分别拆除考虑和不考虑楼板两种模型的长边中柱、短边中柱、角柱和内部柱,研究楼板因素在连续倒塌过程中对位移、关键构件内力、材料应力应变的影响。分析结果表明:角柱失效时危险性最大,在进行结构设计时有必要增加角柱的安全性;楼板的存在改变了框架梁的受力机制,提高了结构抗倒塌能力。(3)对现有钢筋混凝土平面框架各受力机制倒塌抗力的计算方法进行了归纳总结,研究楼板对倒塌抗力的贡献,提出了钢筋混凝土空间框架在边跨中柱破坏时各受力机制倒塌抗力的理论计算公式。计算结果与试验结果对比后发现该公式计算精度较高,且楼板至少能提高钢筋混凝土框架20%的倒塌抗力。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375.4
【图文】：
进而使得该栋公寓楼东南角发生连续性倒塌，结构的最终破坏形态如下图1.1 所示。图 1.1 英国 Ronan Point 公寓破坏形态后期事故分析认为，该倒塌事件的发生与以下因素有关：一、在前期抗力计算时，设计师未思考偶然荷载对结构抗力的负面作用；二、该公寓采用装配式墙板体系，不同部件相接处是该结构体系的易损部位，安全程度相对较低。因此，爆炸冲击力使承重墙板发生破坏后，剩余结构中不能形成新的传力路径，上部相关结构就会失去有效支撑，致使上层板在下部承重墙板破坏处迅速坍落，坍落的楼板又继续对下部结构产生撞击，周而复始几次后，致使整栋公寓东南部位发生连续倒塌。最终，该公寓有大约 1 /5部位被损坏，存在显著的“连续性”和“不成比例性”。由于该倒塌事件造成的社会影响较大且和以往破坏形式不同，因此引起了工程界的注意，而连续倒塌问题也首次被人们广泛关注起来。（2）美国联邦大楼倒塌[5]于 1973 年完工的 Alfred P Murrah 联邦大楼为美国当局的外派办事中心，是一栋具有一定安全级别的 9 层钢筋混凝土建筑。1995 年 4 月 19 日，恐怖分子驾驶装满汽油的大卡车突然对该建筑物发动了炸弹袭击，该袭击造成大楼底部框架柱的重度损毁，进而导致其上方的转换梁损毁，转换梁承载着上部结构，它的损毁又引发其所承载的上部结构发生损毁，周而复始几次后，结果使构筑物发生从下到上的连续倒塌，结构的最终破坏形态如下图 1.2 所示。该事件最终使得 168 人丧生和 500 多人受伤，产生了恶劣的社
图 1.2 美国联邦大楼破坏形态（3）纽约世贸中心大楼倒塌[6]该中心地处美国纽约，始建于 20 世纪 70 年代，是美国十分具有代表性的钢结构建筑之一，同时也是纽约市的地标性建筑。2001 年 9 月 11 日上午，某架载有近百位乘客的大型飞机遭到挟持，袭击者驾驶其撞向了世贸中心北楼；没过多久，同样载有 65 位乘客的另一架大型客机也遭到了挟持，袭击者驾驶飞机撞向了世贸中心南楼；随后世贸中心南楼开始倒塌，没过多久世贸中心北楼也开始倒塌，最终破坏形态如下图 1.3 所示。这次恐怖袭击不仅使几千人丧生，同时还对美国经济造成了冲击，也对各国安全构成了严重威胁。通过事后分析，人们对该事件进行了还原：飞机的巨大冲击力使上部结构的支承构件损毁，致使飞机燃料箱爆炸；燃料箱爆炸使燃料到处蔓延，燃料的剧烈燃烧产生大量热量，主体承重结构被逐渐软化，进而使得上部塌落；循坏往复的塌落引起连续反应，
图 1.3 世贸中心大楼破坏形态1.2.2 连续倒塌的类型结构的连续倒塌过程较为复杂，分析其原理和最终破坏形态后，将其定义为以下 种类型。（1）薄饼型倒塌薄饼型倒塌发生时，某一受力部件首先损毁，结构向下塌落的同时部件不断分开下落，下落的部件不断撞击下部未损坏结构，导致下部未损坏部件也逐渐丧失承载能力，最终引发了建筑物在沿塌落方向的连续性倒塌。薄饼型倒塌具有以下特征：在倒塌时会持续引发向下作用的冲击荷载，且破坏部件在破坏前所受内力、冲击荷载和倒塌趋势三者均沿同一方向。薄饼型倒塌在现实中较为常见，其中最具研究价值的为在 911 恐怖袭击中损毁的世贸中心。（2）拉链型倒塌
本文编号：2798572
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375.4
【图文】：
进而使得该栋公寓楼东南角发生连续性倒塌，结构的最终破坏形态如下图1.1 所示。图 1.1 英国 Ronan Point 公寓破坏形态后期事故分析认为，该倒塌事件的发生与以下因素有关：一、在前期抗力计算时，设计师未思考偶然荷载对结构抗力的负面作用；二、该公寓采用装配式墙板体系，不同部件相接处是该结构体系的易损部位，安全程度相对较低。因此，爆炸冲击力使承重墙板发生破坏后，剩余结构中不能形成新的传力路径，上部相关结构就会失去有效支撑，致使上层板在下部承重墙板破坏处迅速坍落，坍落的楼板又继续对下部结构产生撞击，周而复始几次后，致使整栋公寓东南部位发生连续倒塌。最终，该公寓有大约 1 /5部位被损坏，存在显著的“连续性”和“不成比例性”。由于该倒塌事件造成的社会影响较大且和以往破坏形式不同，因此引起了工程界的注意，而连续倒塌问题也首次被人们广泛关注起来。（2）美国联邦大楼倒塌[5]于 1973 年完工的 Alfred P Murrah 联邦大楼为美国当局的外派办事中心，是一栋具有一定安全级别的 9 层钢筋混凝土建筑。1995 年 4 月 19 日，恐怖分子驾驶装满汽油的大卡车突然对该建筑物发动了炸弹袭击，该袭击造成大楼底部框架柱的重度损毁，进而导致其上方的转换梁损毁，转换梁承载着上部结构，它的损毁又引发其所承载的上部结构发生损毁，周而复始几次后，结果使构筑物发生从下到上的连续倒塌，结构的最终破坏形态如下图 1.2 所示。该事件最终使得 168 人丧生和 500 多人受伤，产生了恶劣的社
图 1.2 美国联邦大楼破坏形态（3）纽约世贸中心大楼倒塌[6]该中心地处美国纽约，始建于 20 世纪 70 年代，是美国十分具有代表性的钢结构建筑之一，同时也是纽约市的地标性建筑。2001 年 9 月 11 日上午，某架载有近百位乘客的大型飞机遭到挟持，袭击者驾驶其撞向了世贸中心北楼；没过多久，同样载有 65 位乘客的另一架大型客机也遭到了挟持，袭击者驾驶飞机撞向了世贸中心南楼；随后世贸中心南楼开始倒塌，没过多久世贸中心北楼也开始倒塌，最终破坏形态如下图 1.3 所示。这次恐怖袭击不仅使几千人丧生，同时还对美国经济造成了冲击，也对各国安全构成了严重威胁。通过事后分析，人们对该事件进行了还原：飞机的巨大冲击力使上部结构的支承构件损毁，致使飞机燃料箱爆炸；燃料箱爆炸使燃料到处蔓延，燃料的剧烈燃烧产生大量热量，主体承重结构被逐渐软化，进而使得上部塌落；循坏往复的塌落引起连续反应，
图 1.3 世贸中心大楼破坏形态1.2.2 连续倒塌的类型结构的连续倒塌过程较为复杂，分析其原理和最终破坏形态后，将其定义为以下 种类型。（1）薄饼型倒塌薄饼型倒塌发生时，某一受力部件首先损毁，结构向下塌落的同时部件不断分开下落，下落的部件不断撞击下部未损坏结构，导致下部未损坏部件也逐渐丧失承载能力，最终引发了建筑物在沿塌落方向的连续性倒塌。薄饼型倒塌具有以下特征：在倒塌时会持续引发向下作用的冲击荷载，且破坏部件在破坏前所受内力、冲击荷载和倒塌趋势三者均沿同一方向。薄饼型倒塌在现实中较为常见，其中最具研究价值的为在 911 恐怖袭击中损毁的世贸中心。（2）拉链型倒塌
【参考文献】
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4 李易;陆新征;叶列平;;基于能量方法的RC框架结构连续倒塌抗力需求分析Ⅱ:悬链线机制[J];建筑结构学报;2011年11期
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1 李易;RC框架结构抗连续倒塌设计方法研究[D];清华大学;2011年
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