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火灾是引起建筑结构连续倒塌的灾害力学响应之一,火灾引起的连续倒塌会导致严重的生命和财产损失。目前,结构抗火性能研究主要集中在针对构件或区域子结构的分析,对整体结构的受力和倒塌机理的研究仍然不足。面现有抗连续倒塌设计规范的倒塌风险分析和设计方法也没有考虑火灾作用的特殊性。因此,需要系统研究火灾下整体结构的连续倒塌规律,为火灾下钢筋混凝土(RC)框架结构的抗连续倒塌分析与设计提供研究基础。 本文采用数值模拟方法,研究了火灾引起的RC框架整体结构连续倒塌机理和破坏模式,主要工作如下: (1)基于热-力耦合分析原理,建立了钢筋混凝土框架结构的火灾反应数值分析模型。通过一系列的试验结果对比,对模型的准确性和高效性进行了验证。模型引入了构件破坏准则和单元生死技术来模拟整体结构倒塌过程中的不连续位移场,考虑了构件破坏造成的内力重分布对整体结构力学响应的影响; (2)提出了一种钢筋混凝土楼板简化数值模拟方法。把楼板沿两个平面方向离散成一个梁网,采用T/L形截面的纤维梁单元模拟楼板边缘区域的梁板交界处节点,采用矩形截面的纤维梁单元模拟楼板的中心区域。利用纤维粱模型模拟楼板不仅解决了大网格的壳单元模拟楼板时刚度过高的问题,还大大提高了整体结构的运算效率。通过有限元计算和试验对比,验证了该方法的可行性; (3)建立了一个八层RC框架的整体结构数值模型,并对其进行火灾下连续倒塌全过程分析。选取三个开间同时受火,分析对比了不同受火位置(长边角部、内部中部、长边中部、短边、内部边部以及角部一至三层)结构的整体力学响应。分析结果表明,除短边三开间受火算例发生局部倒塌外,其余算例均未发生倒塌,说明当部分构件发生破坏失去承载力时,整体结构通过内力重分布可以有效的将不平衡荷载传递到剩余未破坏结构上去,进而发挥结构的连续倒塌抗力; (4)考虑到实际火灾在结构中会发生蔓延,分别分析了延时受火以及不同火灾传播方向对结构整体力学响应的影响。计算结果表明,超静定结构中,蔓延受火时整体结构内力重分布情况更加复杂,破坏模式与同时受火情况也有差异。火灾蔓延顺序和结构内部中部的相互约束,对整体结构的耐火极限时间、破坏过程以及破坏模式都有明显影响。