钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌分析

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结构的安全性问题是结构设计中考虑的首要问题,我们在进行结构设计时,考虑的荷载并不包括偶然荷载,但从结构破坏的实例来看,大量工程事故都与偶然作用的荷载有关。近年来,对偶然荷载的关注主要来自地震和恐怖袭击。除此以外,火灾、飓风、施工缺陷、人为错误、煤气爆炸等原因也导致了结构的破坏。从1968年英国的Ronan Point公寓因煤气爆炸而导致连续倒塌破坏以来,结构的抗倒塌性能和设计方法受到广泛的重视。国外在结构的抗倒塌方面的研究已经取得了不少成果,系统地提出了抗倒塌设计的方法和建议的规范,而国内在这方面的研究才起步不久,在这方面的研究还比较少,还有大量的工作要做。本文阐述了目前国内外在钢筋混凝土框架结构连续倒塌方面的研究取得的主要成果,借鉴国外在抗连续倒塌方面的设计规范和设计方法,深入探讨了拆除构件法分析结构的抗倒塌性能。本文根据结构倒塌分析必然会产生大位移以及结构进入塑性工作阶段的特点,不但考虑结构的材料非线性,还考虑了大位移产生的几何非线性的影响,对钢筋混凝土框架结构在偶然荷载作用下承重构件发生初始破坏之后的结构进行非线性倒塌分析。目前常用的通用有限元分析程序Ansys,SAP2000等在对本文研究的内容进行分析时都有一定的局限,非常耗费时间和计算机空间,而且由于单元的划分和模型的问题可能得不到正确的结果。为了对钢筋混凝土框架结构进行更简便易行的计算分析,本文基于FORTRAN90平台编制了钢筋混凝土结构的非线性有限元静力分析程序来对钢筋混凝土框架结构进行非线性倒塌分析,根据上述倒塌分析的特点,考虑材料非线性和几何非线性的影响。用该程序对实验室一榀模拟底层中柱失效的连续倒塌试验框架进行了计算分析,与实验结果基本吻合,验证了程序的正确性。并运用该程序对不同位置的承重柱发生初始破坏失效后的框架结构进行了分析,探讨跨度以及破坏位置不同对结构抗倒塌性能的影响,希望能对拆除构件法对按照国内规范设计的钢筋混凝土框架结构的应用提供一些参考。
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