近年来,恐怖爆炸袭击事件与意外爆炸事故频繁发生,这些突发性爆炸不仅会造成直接的人员伤亡,而且还会导致爆源附近的建筑结构发生损伤破坏甚至连续倒塌,继而进一步加剧灾害程度。由于我国城市现代化的迅速发展,城市建筑日益密集,人口更加集中,一旦建筑结构在爆炸作用下发生连续倒塌,将会引起重大人员伤亡及恶劣的社会影响。同时,建筑结构抗爆、防连续倒塌设计及爆炸灾后应急评估的有效性,均取决于准确、高效的结构损伤破坏与连续倒塌分析方法。为了促进建筑结构抗爆与防连续倒塌设计理论的发展,从而提高建筑结构抗倒塌安全性,本文基于钢筋混凝土结构倒塌破坏的特点,从材料本构模型、构件单元模型以及结构倒塌模型三方面开展了系统性研究,实现了材料、构件及结构的损伤破坏模拟,最终建立了爆炸作用下钢筋混凝土结构连续倒塌分析高效数值模型,主要研究工作和创新成果包括以下几个方面:(1)在经典连续介质力学理论框架内,混凝土材料应变软化段的引入将导致理论解的病态性、数值解的网格相关性以及物理失效过程的零能量耗散。为了克服数值模拟中的网格相关性问题,将非局部积分算法引入Mazars局部损伤模型中,建立了Mazars非局部损伤模型,并且推导了模型的数值积分格式,基于通用有限元软件LS-DYNA进行了二次开发。对一维杆件静态受拉过程与波传播问题进行了模拟分析,结果表明该模型可以较好地模拟杆件的损伤演化过程,并且模拟结果与网格尺寸无关,验证了模型的有效性;同时,对静力作用下钢筋混凝土柱的软化行为以及冲击作用下钢筋混凝土梁的动力响应过程进行了模拟分析,所得结果与试验值吻合良好,并且成功消除了构件力-位移曲线下降段的网格相关性,表明该模型可以客观地模拟钢筋混凝土构件的损伤破坏过程,为钢筋混凝土结构损伤破坏甚至连续倒塌的模拟奠定了基础。(2)研究了爆炸作用下钢筋混凝土柱剩余承载力的网格相关性问题。针对四种不同的网格尺寸,对某钢筋混凝土柱从施加初始轴力、爆炸荷载以及轴向位移加载的整个过程进行了模拟分析,结果表明柱的跨中位移响应能得到收敛的结果,而柱的剩余承载力随着网格尺寸的减小不断增大,始终无法收敛。研究发现引起这一问题的主要原因是混凝土材料模型中缺少一个特征尺度,从而导致材料的局部损伤与网格尺寸相关。将应变率效应引入Mazars非局部损伤模型中,并用于上述钢筋混凝土柱的模拟分析中,结果表明考虑应变率效应的Mazars非局部损伤模型可以消除爆炸作用下钢筋混凝土柱剩余承载力的网格相关性,为爆炸作用后钢筋混凝土结构的损伤及倒塌风险评估提供了可靠的保障。(3)基于传统纤维梁单元、修正斜压场理论(MCFT)、考虑应变率效应的Mazars非局部损伤模型以及三轴各向同性强化弹塑性模型,建立了爆炸作用下钢筋混凝土梁柱构件动力响应及损伤破坏分析高效单元模型。对爆炸作用下某钢筋混凝土柱进行了模拟分析,结果表明该模型可以较好地模拟钢筋混凝土柱的剪切破坏,并且与精细化数值模型模拟结果和试验结果均吻合良好;对不同荷载工况下某钢筋混凝土梁进行了一系列模拟分析,结果表明该模型在冲量型爆炸荷载及一般动力荷载下的模拟结果均与精细化数值模型吻合良好,并且可以较好地模拟构件的损伤破坏过程;此外,比较了本文模型与精细化数值模型对相同算例的计算时间,结果表明本文模型不仅计算精度与精细化数值模型相当,而且计算效率有了极大的提高,为爆炸作用下钢筋混凝土结构的损伤破坏甚至连续倒塌分析提供了可能。(4)基于钢筋混凝土梁柱子结构倒塌试验中观察到的纵筋滑移及节点板剪切破坏现象,采用有限元软件LS-DYNA中的纤维梁单元、离散梁单元以及刚性杆单元,建立了梁柱节点区宏观模型,并推导了考虑粘结滑移的纵筋本构关系。对梁柱子结构倒塌试验进行了模拟分析,结果表明该模型可以较好地模拟结构倒塌过程中的压拱机制和悬链线机制,并且可以合理反映纵筋的拉断破坏。考虑到钢筋混凝土楼板对结构抗连续倒塌的重要作用,基于纤维梁单元、刚性杆单元以及分层壳单元,建立了适用于结构倒塌分析的楼板体系模拟模型。对钢筋混凝土梁-楼板子结构倒塌试验进行了模拟分析,结果表明该模型可以较好地模拟试件从初期压拱机制到后期悬链线机制甚至钢筋拉断的整个过程。(5)基于前文材料层次和构件层次的研究成果,并将二维平面节点区宏观模型推广到三维空间,建立了爆炸作用下钢筋混凝土结构连续倒塌分析高效数值模型。以某6层钢筋混凝土框架结构为例,对不同拆柱工况以及爆炸作用下结构的动力响应和连续倒塌过程进行了一系列模拟分析,结果表明该模型在所有工况下的模拟结果均与精细化数值模型模拟结果吻合良好,甚至计算得到的倒塌过程也基本一致,验证了模型的有效性;采用结构倒塌的工况进行了一系列参数分析,结果表明楼板顶部钢筋层可以减轻结构大变形过程中楼板的损伤,从而有效提高钢筋混凝土结构抗连续倒塌能力;此外,比较了本文模型与精细化数值模型在倒塌工况下的计算时间,结果表明本文模型计算效率可以提高约50倍。基于本文模型提出了一种钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能快速评估方法,仅通过对结构进行一次静力pushdown分析,便可以确定结构的极限抗倒塌承载力。本文的材料本构模型、构件单元模型以及结构倒塌模型均通过编制子程序集成到了通用有限元软件LS-DYNA中,在对爆炸作用下钢筋混凝土结构的损伤破坏甚至连续倒塌进行模拟分析时,可以取得较优的前后处理速度、数值稳定性以及求解效率,为钢筋混凝土结构连续倒塌机制及抗倒塌设计理论的研究提供了强大的工具。