非抗震设计的框架结构抗连续倒塌性能的延性要求

论文摘要

目前,结构的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题,由于恐怖袭击、火灾、飓风、施工缺陷、人为错误、煤气爆炸等原因所导致的连续倒塌事故越来越多。1968年英国Ronan Point公寓倒塌事件发生以后,国外许多工程师和学者在该领域开展了研究,提出了相应的抗连续倒塌设计的方法和规范,例如拉结设计和备用荷载路径分析等方法。而我国在这方面的研究比较欠缺,现行规范还未涉及,还有大量的工作需要开展。结构的延性是防止建筑连续倒塌的重要因素,对该方面的研究具有重要意义。本文介绍了国内外连续倒塌的研究现状,对国外前沿成果进行了描述,并对国外抗连续倒塌相关规范做了总结。按照我国钢筋混凝土设计规范中的材料应力应变关系以及相关假定,推导了梁截面屈服曲率、极限曲率和塑性铰转角的计算公式。采用通用有限元程序ANSYS线性静力分析和非线性静力分析,对实验室一空间框架模拟底层中柱失效的连续倒塌试验进行了计算分析,分析结果基本吻合,验证了软件分析的正确性,同时讨论了连续性倒塌在ANSYS实现过程中所存在的问题。接着按照美国GSA中的有关规定,对8层的非抗震设计的原型框架进行抗连续倒塌性能评估,考虑长边中柱、短边中柱、角柱和内柱失效四种工况。针对抗连续倒塌需要,讨论了梁截面塑性铰转动能力要求,提出了非抗震设计框架的延性要求及相应措施。最后,对本文研究工作所得到的结论进行总结并对今后工作做了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 国外建筑连续倒塌事故
• 1.1.2 国内建筑连续倒塌事故
• 1.2 本文研究问题提出及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国外相关规范
• 1.3.3 国内研究现状
• 1.3.4 国内相关规范
• 1.4 结构抗连续倒塌设计与分析方法
• 1.4.1 抗连续倒塌设计方法
• 1.4.2 抗连续倒塌分析方法
• 1.4.3 本文采用分析流程
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 钢筋混凝土结构构件的塑性转动能力
• 2.1 概述
• 2.2 曲率计算
• 2.2.1 计算弯矩曲率关系的基本假定
• 2.2.2 截面曲率定义
• 2.2.3 截面屈服曲率计算
• 2.2.4 截面极限曲率计算
• 2.3 塑性铰转动能力评价指标
• 2.4 曲率计算公式比较分析
• 2.5 塑性铰转动能力影响因素
• 2.6 本章小结
• 第3章 ANSYS有限元分析方法及若干问题讨论
• 3.1 概述
• 3.2 有限单元法简介
• 3.2.1 有限元分析基本过程
• 3.2.2 钢筋混凝土结构有限元模型
• 3.2.3 钢筋混凝土本构关系及破坏准则
• 3.3 框架结构抗连续倒塌分析在ANSYS中的实现
• 3.3.1 ANSYS有限元软件的基本操作流程
• 3.3.2 单元的选取
• 3.3.3 收敛控制与策略
• 3.4 本章小结
• 第4章 钢筋混凝土试验框架连续倒塌计算分析
• 4.1 概述
• 4.2 试验框架介绍
• 4.3 试验框架长边中柱失效后整体内力分析
• 4.4 试验框架非线性计算分析比对
• 4.4.1 荷载-失效柱位移曲线
• 4.4.2 裂缝开展情况
• 4.4.3 塑性铰出现位置和顺序
• 4.5 八层原型框架抗连续倒塌性能评估
• 4.5.1 长边中柱失效结构抗倒塌性能评估
• 4.5.2 其它工况下结构抗倒塌性能评估
• 4.6 本章小结
• 第5章 非抗震设计框架结构延性设计
• 5.1 连续倒塌极限承载力简化计算
• 5.2 梁截面转动能力要求
• 5.3 提高结构抗连续倒塌措施
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果