第七講-抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法概述

1、主題2:結(jié)構(gòu)半連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)理論連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法概述，西南交通大學(xué)土木工程系劉彥輝副教授2016.4.11，教育計(jì)劃，主題2:連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)理論，研究進(jìn)展混凝土配置模型組合梁試驗(yàn)研究試驗(yàn)影響因素分析和結(jié)論，主題3:鋼-鋼-現(xiàn)代建筑面臨的問題本課程的主要內(nèi)容教育計(jì)劃和評價(jià)，研究進(jìn)展，Push-over分析方法，延性需求譜，地震波選擇問題等。重點(diǎn)：研究進(jìn)展、構(gòu)成關(guān)系、測試方法研究的主要階段和詳細(xì)信息，理論背景連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法概述設(shè)計(jì)方法1設(shè)計(jì)方法2，重點(diǎn)：研究進(jìn)展、倒塌標(biāo)準(zhǔn)研究、拆除構(gòu)件方法，今天的講課內(nèi)容內(nèi)容Content in todays lecture連續(xù)倒塌類型抵抗連續(xù)倒塌即上部結(jié)構(gòu)失去有效

2、支撐倒塌，重力勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，給下部結(jié)構(gòu)帶來一定沖擊，下部垂直載荷構(gòu)件繼續(xù)破壞，整個(gè)連續(xù)倒塌沿著結(jié)構(gòu)的垂直方向進(jìn)行。倒塌的建筑物結(jié)構(gòu)局部或整體在原始位置倒塌的過程，集業(yè)型的主要特征是在發(fā)生初期局部破壞后，剩余結(jié)構(gòu)通過內(nèi)力重新分配和突然缺席造成的動(dòng)態(tài)沖擊作用，持續(xù)產(chǎn)生新的失敗構(gòu)件，形成新的內(nèi)力重新分配，直到結(jié)構(gòu)整體崩潰或剩余結(jié)構(gòu)達(dá)到一定平衡為止。這是因?yàn)檎麄€(gè)崩潰過程在內(nèi)力重分配的作用下拉拉鏈一樣是環(huán)狀環(huán)而得名的。()建筑物結(jié)構(gòu)在某一高度或整體上倒塌一方的破壞形式，多米諾骨牌形態(tài)顧名思義，主要發(fā)生在具有離散單元的結(jié)構(gòu)體系中，其連續(xù)性倒塌過程等于在輸電線路上倒塌輸電塔的連續(xù)性倒塌等多米諾牌。這種類型

3、的不穩(wěn)定性主要是由于支撐的壓縮構(gòu)件突然發(fā)生事件而喪失了不穩(wěn)定性和承載能力，其余構(gòu)件依次因內(nèi)力重新分配或其他原因而受損，這種類型主要強(qiáng)調(diào)壓縮構(gòu)件的不穩(wěn)定性損傷對整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌阻力的影響。混合，即在連續(xù)倒塌過程中，構(gòu)件的力學(xué)性能不能只屬于上述四個(gè)類別之一。結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的本質(zhì)可以歸結(jié)為：意外情況下結(jié)構(gòu)原始支持模式或邊界條件的變化，部分構(gòu)件由于承載能力的喪失而終止工作，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的動(dòng)力效應(yīng)；剩下的結(jié)構(gòu)是靜態(tài)和動(dòng)力的雙重作用下的內(nèi)力重新分配，尋找新的平衡狀態(tài)，在此過程中，由于強(qiáng)度、穩(wěn)定性或變形，新構(gòu)件不斷失??；最后剩下的結(jié)構(gòu)達(dá)到了新的平衡狀態(tài)，或者結(jié)構(gòu)整體崩潰了。兩個(gè)阻力結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌事故，兩個(gè)阻力

4、結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌事故，加強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)可以分為三類，根據(jù)研究對象：加強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延展性；結(jié)構(gòu)局部鍵節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和延性強(qiáng)化；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)冗馀。國內(nèi)高速鐵路站的中線側(cè)救援隊(duì)對脫軌列車的沖擊最大，速度，CRH2沖擊簡化模型，數(shù)值分析，基礎(chǔ)工作條件，破壞形式：基本條件下結(jié)構(gòu)柱破壞形式，沖擊能耗：A-B段，數(shù)值分析，結(jié)構(gòu)熱：本實(shí)驗(yàn)以圖中所示的新一代鋼節(jié)點(diǎn)為研究重點(diǎn)，分析了爆炸引起的性能性能。這種新型鋼節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)有鋼節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在周圍添加了一系列罩，加強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)連接的完整性，區(qū)域分區(qū)，一些學(xué)者認(rèn)為，太強(qiáng)的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)延性會對結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌能力產(chǎn)生不利影響。因此，在內(nèi)力重新分配或其他因素的影響下，必須在結(jié)構(gòu)中設(shè)置部分

5、脆性構(gòu)件，以防止構(gòu)件之間的連鎖破壞在結(jié)構(gòu)中廣泛進(jìn)行。法國巴黎戴高樂國際機(jī)場崩潰事故現(xiàn)場2004年5月23日上午7點(diǎn)左右，巴黎戴高樂2e機(jī)場航站樓突然從部分屋頂?shù)顾斐?人死亡，3人受傷。包括美國紐約和華盛頓在內(nèi)的一些城市于2001年9月11日上午在美國東部和華盛頓等幾個(gè)城市相繼遭到恐怖襲擊，然后8點(diǎn)45分，從波士頓飛往紐約的美國航空公司(American Airlines)的波音767飛機(jī)(Flight 11)被劫持，撞上了紐約曼哈頓世貿(mào)中心南側(cè)建筑，9點(diǎn)3分，另一架小型飛機(jī)以極快的速度沖向世界貿(mào)易中心北樓。飛機(jī)從建筑物的一側(cè)相撞，從另一側(cè)鉆出來，引起了巨大的爆炸。兩起爆炸造成數(shù)千人傷亡。美

6、國總統(tǒng)布什在9點(diǎn)25分左右發(fā)表聲明說，美國正受到恐怖分子的攻擊，美國政府將全面調(diào)查飛機(jī)墜毀的原因。他還宣布世界貿(mào)易中心的襲擊是“國家災(zāi)難”。布什總統(tǒng)在講話中表示，美國政府不會容忍任何恐怖主義行為，對此次事件遭受不幸的美國國民和家人表示沉痛哀悼。9點(diǎn)35分左右，位于首都華盛頓中心的五角大樓與飛機(jī)相撞，發(fā)生了大火災(zāi)。五角大樓已經(jīng)部分崩潰了。白宮、財(cái)政部、國務(wù)院及其他主要政府機(jī)構(gòu)內(nèi)的特工開始撤離。幾乎同時(shí)，國會大廈也發(fā)生了爆炸，煙霧繚繞上升。五角大樓發(fā)出了最高國家安全警告。美國聯(lián)邦航空局下令關(guān)閉所有機(jī)場，停止所有飛機(jī)的飛行。10點(diǎn)30分左右，紐約世界貿(mào)易中心姐妹樓再次爆炸，大規(guī)模崩潰。據(jù)推測，近5萬

7、人在這兩座建筑物里工作。幾分鐘后，被綁架的美國聯(lián)合航空公司的飛機(jī)在賓夕法尼亞州匹茲堡墜毀。在新廣州站主站房屋蓋系統(tǒng)中，五倫公桁架成功地沿著結(jié)構(gòu)的長邊用堅(jiān)固的隔離帶將整個(gè)結(jié)構(gòu)分割為幾乎獨(dú)立的6個(gè)小區(qū)域，限制了結(jié)構(gòu)的連續(xù)性破壞沿著房屋的長邊進(jìn)行?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GB50068規(guī)定：“如果發(fā)生爆炸、沖擊、人為失誤等偶發(fā)事件，可以維持該結(jié)構(gòu)所需的整體穩(wěn)定性，不會發(fā)生不符合其原因的破壞余波，可以防止結(jié)構(gòu)的連續(xù)崩潰?！蹦壳皣覙?biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GB50153表示：“根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件可能會局部破壞主要的承重結(jié)構(gòu)，但其馀部分將持續(xù)一段時(shí)間?！爆F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)

8、計(jì)規(guī)范 JGJ3規(guī)定，一級高層建筑應(yīng)滿足防倒塌概念設(shè)計(jì)要求，一級、有特殊要求的高層建筑應(yīng)通過拆除構(gòu)件方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)防倒塌設(shè)計(jì)。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程、3結(jié)構(gòu)連續(xù)抗倒塌設(shè)計(jì)方法概述，概念設(shè)計(jì)方法主要是定性設(shè)計(jì)，其中部分定性設(shè)計(jì)通過定量設(shè)計(jì)，建立拉伸結(jié)構(gòu)部件方法垂直、水平貫穿長鋼筋，采取有效的連接錨定措施，將結(jié)構(gòu)連接在一起。拆除構(gòu)件方法最常用的設(shè)計(jì)方法；美國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)稱為AP方法。首先，在結(jié)構(gòu)模型中，根據(jù)特定規(guī)則刪除選定的力組件之一，模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的瞬時(shí)故障，然后根據(jù)其馀組件的內(nèi)力和變形，在指定載荷下對其馀結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械計(jì)算，并根據(jù)指定的接受標(biāo)準(zhǔn)評估其他組件是否無效。局部強(qiáng)化法，概念設(shè)計(jì)法基于定性設(shè)

9、計(jì)，其中一部分通過定量設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，一般：概念設(shè)計(jì)法基于定性設(shè)計(jì)，其中一部分通過定量設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼框架結(jié)構(gòu)，概念設(shè)計(jì)法3354基于定性設(shè)計(jì)，其中一部分基于定量設(shè)計(jì)，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法主要通過結(jié)構(gòu)措施提高結(jié)構(gòu)內(nèi)部和周圍的抗拉力，局部構(gòu)件失效后依靠結(jié)構(gòu)的懸絲效應(yīng)保持結(jié)構(gòu)的基本承載力，滿足最小抗拉強(qiáng)度要求，達(dá)到連續(xù)倒塌的目的。懸掛線機(jī)構(gòu)和梁機(jī)構(gòu)、垂直構(gòu)件的失敗對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響很大，垂直構(gòu)件的失敗必須是連續(xù)的。Gsa規(guī)格建議在動(dòng)態(tài)分析中，垂直構(gòu)件失敗的時(shí)間比結(jié)構(gòu)垂直振動(dòng)周期的1/10長。垂直構(gòu)件的失敗也不會影響同一樓板連接到的節(jié)點(diǎn)或水平構(gòu)件的連接。研究范圍：列車運(yùn)行速度v250公里/h結(jié)構(gòu)

10、柱外邊緣和軌道中心線距離y3m，技術(shù)路徑圖，4個(gè)實(shí)例，1 .中國高速鐵路車站特征大型、超大型車站的情況基本上有高架候車室。高架候車室反向結(jié)構(gòu)屬性：章輕型框架結(jié)構(gòu)(本地大跨度框架結(jié)構(gòu))梁：鋼筋混凝土梁、鋼桁架、鋼筋混凝土梁柱：鋼管(骨)混凝土柱或鋼筋混凝土柱板：鋼筋混凝土板或鋼筋混凝土板罩結(jié)構(gòu)屬性結(jié)構(gòu)形式主要是上弦桿結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、實(shí)際腹桿結(jié)構(gòu)等。通常，平面張弦結(jié)構(gòu)相對剛度低，冗余低，抗倒塌能力弱，因此選擇張弦結(jié)構(gòu)作為研究類型。2 .歐洲規(guī)范法規(guī)，European Committee for standard ization . bs en 1991-1-7 euro code 1-action

11、s on structures-part 1-73360 general alLondon : the British standards institute(BSI)，2006。國際鐵路聯(lián)盟(UIC)。ui c777-2r structures built over railway lines-construction requirements in the track zones。Paris 330600 2002，摘要：(1)復(fù)蓋范圍：a類結(jié)構(gòu)(人員密度高的結(jié)構(gòu))，列車運(yùn)行速度120km/h .(2)結(jié)構(gòu)最外側(cè)邊緣和軌道中心線最近距離的d5m不考慮列車脫軌沖擊的影響。(3)按結(jié)構(gòu)劃分的軌

12、道中心線距離危險(xiǎn)區(qū)。(4)對于第一次風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，采用兩種規(guī)范的策略不同。(5)沖擊載荷的等效靜態(tài)設(shè)計(jì)值不同。負(fù)荷研究，列車脫軌姿態(tài)研究確定目的危險(xiǎn)區(qū)，確定兩個(gè)方向的沖擊速度，摘要：(1)根據(jù)當(dāng)前站的實(shí)際情況，(2)列車側(cè)面脫軌速度分量vy總是很小，脫軌列車主要在軌道方向以垂直脫軌速度VX為基準(zhǔn)運(yùn)行。(3)列車與結(jié)構(gòu)柱的碰撞分為正面接觸和側(cè)面接觸。注意：y為垂直軌道方向位移，VX為軌道方向沖擊速度(垂直)，vy為垂直軌道方向沖擊速度(水平)，ve為作業(yè)速度(或初始脫軌速度)。，脫軌列車沖擊結(jié)構(gòu)柱狀態(tài)圖，(a)接觸，(b)側(cè)沖擊載荷3354速度Vx，Vy，根據(jù)沖擊角度確定沖擊載荷大小沖擊力峰值：軌道

13、方向Fx=40MN，垂直軌道方向Fy=4MN，1實(shí)驗(yàn)研究(1)DHR9401落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)最大13.47m，有效落錘12.6m，相應(yīng)沖擊速度最大15.7m/s。落錘質(zhì)量為2250kg。部分破壞、測試結(jié)構(gòu)柱類型：鋼筋混凝土柱、鋼管鋼筋混凝土柱、復(fù)合柱、圖4.7鋼管鋼筋混凝土柱、復(fù)合柱剖面圖、(1)鋼筋混凝土柱抗沖擊能力低。(2)在相同的含鋼率下，復(fù)合柱對提高結(jié)構(gòu)抗沖擊性影響不大。(3)鋼管混凝土柱抗沖擊性好，增加鋼管外壁厚度，抗沖擊性明顯提高。(4)實(shí)驗(yàn)表明，鋼管混凝土柱的抗沖擊性是鋼筋混凝土柱的2倍，鋼筋混凝土柱的抗沖擊性是鋼筋混凝土柱的1.5倍?；炷帘緲?gòu)關(guān)系參數(shù)驗(yàn)證測試比較了沖擊測試和數(shù)值

14、計(jì)算結(jié)果，評估了低速?zèng)_擊條件下混凝土的力學(xué)特性，并在數(shù)值計(jì)算模型中檢查了混凝土材料的參數(shù)系統(tǒng)。沖擊作用時(shí)間曲線比較，有限元分析，目的：定線列車脫軌碰撞時(shí)結(jié)構(gòu)柱的斷裂根數(shù)確定表4.3冠柱拆除根數(shù)，表4.4主站軌道層結(jié)構(gòu)柱拆除根數(shù)，基于整體破壞拆除構(gòu)件方法，1 .樹冠整體分析，(a)濟(jì)南西部樹冠，(b)呼和浩特東巷，樹冠分析模型，摘要：(1)拆除兩根柱子時(shí)，樹冠結(jié)構(gòu)不會連續(xù)倒塌。(2)側(cè)柱破壞對冠層連續(xù)倒塌阻力的影響大于中場。(3)平面張弦梁結(jié)構(gòu)應(yīng)縮短每個(gè)張弦梁間距，加強(qiáng)平面外垂直連接。必須提高屋面效果，檁條和互補(bǔ)的連接必須是統(tǒng)一連接方式。注：該結(jié)論是從平面桁架結(jié)構(gòu)、平面實(shí)際腹板梁結(jié)構(gòu)也適用的平面張弦梁結(jié)構(gòu)分析中得出的。研究思路，研究現(xiàn)狀，British standard euro code 1 euro code 2 ufc 4-023-03 GSA 2003 DOD 2010 GB 50010-2010，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方法局部阻力設(shè)計(jì)方法接合力設(shè)計(jì)方法替代路徑方法(拆除配置，屈曲載荷(臨界載荷)，非線性分析方法，Newton-Raphson，最終載荷，非線性分析方法，非線性分析方法，幾何非線性材質(zhì)非線性邊界非線性，Newton-Raphs