框架结构的连续倒塌分析

【摘要】：常规设计是针对正常荷载作用下结构物的安全性设计,并未考虑偶然荷载的作用。然而,偶然荷载作用往往致使建筑物发生后果严重的连续倒塌现象,尤其是在纽约世贸大厦倒塌事件发生后,该现象已逐步引起了世界各国学者的关注。 当前针对连续倒塌现象的分析大多过于复杂,很难应用于设计实践,这为设计人员进行连续倒塌分析设置了障碍。本文基于改变传力路径法,利用集中塑性模型,建立了简化的静力连续倒塌分析模型。与倒塌规程GSA2003给出的线弹性倒塌分析方法相比较,本文所建立的简化分析模型可以得到,剩余结构中构件破坏的具体部位、局部破坏后结构的内力重分布以及剩余结构最终的坍塌范围。 常规设计的出发点是假定结构在无损状态下抵抗各种荷载作用,并未考虑损伤后结构的承载能力及受力机理。本文基于Pushdown分析方法分别对两榀平面钢框架在单根柱和两根柱失效的情况下进行连续倒塌的受力机理分析。引入可以考虑弯矩-轴力相互作用的基于Timoshenko理论的线单元模拟梁柱构件,并且为提高计算效率,采用弹塑性单元和线弹性单元混合建模的方式建立连续倒塌分析模型。研究表明,局部破坏后,由于内力重分布而导致的结构二次破坏将最先发生在远离失效柱的梁端。 连续倒塌现象中,局部破坏产生的振动现象与常规的动力响应有较大的不同(例如地震动响应)。本文采用振型分解法对该动力现象的振型参与状况进行研究,通过分析得出竖向固有振型为其主要参与振型。利用基于弹塑性单元和线弹性单元混合建模的连续倒塌模型,引入可考虑初始变形的瞬时卸载法对框架结构进行动力响应特性分析,通过改变失效时间、材料特性以及结构跨度,深入研究了结构的动力响应规律。 以平面钢框架结构作为研究对象,分别针对单根柱和两根柱破坏的工况进行倒塌评估,分析结果表明,在底层单根柱破坏的情形下结构物不会发生坍塌,而当底层两根柱失效时,结构将发生坍塌。