第七講-抗連續(xù)倒塌設計方法概述

1、主題2:結構半連續(xù)倒塌設計理論連續(xù)倒塌設計方法概述，西南交通大學土木工程系劉彥輝副教授2016.4.11，教育計劃，主題2:連續(xù)倒塌設計理論，研究進展混凝土配置模型組合梁試驗研究試驗影響因素分析和結論，主題3:鋼-鋼-現(xiàn)代建筑面臨的問題本課程的主要內容教育計劃和評價，研究進展，Push-over分析方法，延性需求譜，地震波選擇問題等。重點：研究進展、構成關系、測試方法研究的主要階段和詳細信息，理論背景連續(xù)倒塌設計方法概述設計方法1設計方法2，重點：研究進展、倒塌標準研究、拆除構件方法，今天的講課內容內容Content in todays lecture連續(xù)倒塌類型抵抗連續(xù)倒塌即上部結構失去有效

2、支撐倒塌，重力勢能轉換為動能，給下部結構帶來一定沖擊，下部垂直載荷構件繼續(xù)破壞，整個連續(xù)倒塌沿著結構的垂直方向進行。倒塌的建筑物結構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，剩余結構通過內力重新分配和突然缺席造成的動態(tài)沖擊作用，持續(xù)產生新的失敗構件，形成新的內力重新分配，直到結構整體崩潰或剩余結構達到一定平衡為止。這是因為整個崩潰過程在內力重分配的作用下拉拉鏈一樣是環(huán)狀環(huán)而得名的。()建筑物結構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構體系中，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，其余構件依次因內力重新分配或其他原因而受損，這種類型主要強調壓縮構件的不穩(wěn)定性損傷對整個結構的倒塌阻力的影響?；旌希丛谶B續(xù)倒塌過程中，構件的力學性能不能只屬于上述四個類別之一。結構連續(xù)性倒塌的本質可以歸結為：意外情況下結構原始支持模式或邊界條件的變化，部分構件由于承載能力的喪失而終止工作，對結構產生一定的動力效應；剩下的結構是靜態(tài)和動力的雙重作用下的內力重新分配，尋找新的平衡狀態(tài)，在此過程中，由于強度、穩(wěn)定性或變形，新構件不斷失??；最后剩下的結構達到了新的平衡狀態(tài)，或者結構整體崩潰了。兩個阻力結構連續(xù)倒塌事故，兩個阻力

4、結構連續(xù)倒塌事故，加強局部結構可以分為三類，根據(jù)研究對象：加強局部結構的強度和延展性；結構局部鍵節(jié)點的強度和延性強化；加強結構冗馀。國內高速鐵路站的中線側救援隊對脫軌列車的沖擊最大，速度，CRH2沖擊簡化模型，數(shù)值分析，基礎工作條件，破壞形式：基本條件下結構柱破壞形式，沖擊能耗：A-B段，數(shù)值分析，結構熱：本實驗以圖中所示的新一代鋼節(jié)點為研究重點，分析了爆炸引起的性能性能。這種新型鋼節(jié)點在現(xiàn)有鋼節(jié)點的基礎上，在周圍添加了一系列罩，加強了節(jié)點連接的完整性，區(qū)域分區(qū)，一些學者認為，太強的構件和節(jié)點延性會對結構的連續(xù)性倒塌能力產生不利影響。因此，在內力重新分配或其他因素的影響下，必須在結構中設置部分

5、脆性構件，以防止構件之間的連鎖破壞在結構中廣泛進行。法國巴黎戴高樂國際機場崩潰事故現(xiàn)場2004年5月23日上午7點左右，巴黎戴高樂2e機場航站樓突然從部分屋頂?shù)顾?，造?人死亡，3人受傷。包括美國紐約和華盛頓在內的一些城市于2001年9月11日上午在美國東部和華盛頓等幾個城市相繼遭到恐怖襲擊，然后8點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(Flight 11)被劫持，撞上了紐約曼哈頓世貿中心南側建筑，9點3分，另一架小型飛機以極快的速度沖向世界貿易中心北樓。飛機從建筑物的一側相撞，從另一側鉆出來，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，美國政府將全面調查飛機墜毀的原因。他還宣布世界貿易中心的襲擊是“國家災難”。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35分左右，位于首都華盛頓中心的五角大樓與飛機相撞，發(fā)生了大火災。五角大樓已經(jīng)部分崩潰了。白宮、財政部、國務院及其他主要政府機構內的特工開始撤離。幾乎同時，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)邦航空局下令關閉所有機場，停止所有飛機的飛行。10點30分左右，紐約世界貿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構的長邊用堅固的隔離帶將整個結構分割為幾乎獨立的6個小區(qū)域，限制了結構的連續(xù)性破壞沿著房屋的長邊進行?，F(xiàn)行國家標準工程結構設計可靠性統(tǒng)一標準 GB50068規(guī)定：“如果發(fā)生爆炸、沖擊、人為失誤等偶發(fā)事件，可以維持該結構所需的整體穩(wěn)定性，不會發(fā)生不符合其原因的破壞余波，可以防止結構的連續(xù)崩潰?！蹦壳皣覙藴式ㄖY構可靠度設計統(tǒng)一標準 GB50153表示：“根據(jù)設計規(guī)定的偶然事件可能會局部破壞主要的承重結構，但其馀部分將持續(xù)一段時間?！爆F(xiàn)行行業(yè)標準混凝土結構設

8、計規(guī)范 JGJ3規(guī)定，一級高層建筑應滿足防倒塌概念設計要求，一級、有特殊要求的高層建筑應通過拆除構件方法實現(xiàn)連續(xù)防倒塌設計。高層建筑混凝土結構技術規(guī)程、3結構連續(xù)抗倒塌設計方法概述，概念設計方法主要是定性設計，其中部分定性設計通過定量設計，建立拉伸結構部件方法垂直、水平貫穿長鋼筋，采取有效的連接錨定措施，將結構連接在一起。拆除構件方法最常用的設計方法；美國的相關標準稱為AP方法。首先，在結構模型中，根據(jù)特定規(guī)則刪除選定的力組件之一，模擬結構構件的瞬時故障，然后根據(jù)其馀組件的內力和變形，在指定載荷下對其馀結構進行機械計算，并根據(jù)指定的接受標準評估其他組件是否無效。局部強化法，概念設計法基于定性設

9、計，其中一部分通過定量設計實現(xiàn)，一般：概念設計法基于定性設計，其中一部分通過定量設計實現(xiàn)，鋼筋混凝土框架結構，鋼框架結構，概念設計法3354基于定性設計，其中一部分基于定量設計，抗拉強度設計方法主要通過結構措施提高結構內部和周圍的抗拉力，局部構件失效后依靠結構的懸絲效應保持結構的基本承載力，滿足最小抗拉強度要求，達到連續(xù)倒塌的目的。懸掛線機構和梁機構、垂直構件的失敗對結構響應的影響很大，垂直構件的失敗必須是連續(xù)的。Gsa規(guī)格建議在動態(tài)分析中，垂直構件失敗的時間比結構垂直振動周期的1/10長。垂直構件的失敗也不會影響同一樓板連接到的節(jié)點或水平構件的連接。研究范圍：列車運行速度v250公里/h結構

10、柱外邊緣和軌道中心線距離y3m，技術路徑圖，4個實例，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。高架候車室反向結構屬性：章輕型框架結構(本地大跨度框架結構)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構屬性結構形式主要是上弦桿結構、桁架結構、實際腹桿結構等。通常，平面張弦結構相對剛度低，冗余低，抗倒塌能力弱，因此選擇張弦結構作為研究類型。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)復蓋范圍：a類結構(人員密度高的結構)，列車運行速度120km/h .(2)結構最外側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)按結構劃分的軌

12、道中心線距離危險區(qū)。(4)對于第一次風險區(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)設計值不同。負荷研究，列車脫軌姿態(tài)研究確定目的危險區(qū)，確定兩個方向的沖擊速度，摘要：(1)根據(jù)當前站的實際情況，(2)列車側面脫軌速度分量vy總是很小，脫軌列車主要在軌道方向以垂直脫軌速度VX為基準運行。(3)列車與結構柱的碰撞分為正面接觸和側面接觸。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)。，脫軌列車沖擊結構柱狀態(tài)圖，(a)接觸，(b)側沖擊載荷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實驗研究(1)DHR9401落錘沖擊試驗機最大13.47m，有效落錘12.6m，相應沖擊速度最大15.7m/s。落錘質量為2250kg。部分破壞、測試結構柱類型：鋼筋混凝土柱、鋼管鋼筋混凝土柱、復合柱、圖4.7鋼管鋼筋混凝土柱、復合柱剖面圖、(1)鋼筋混凝土柱抗沖擊能力低。(2)在相同的含鋼率下，復合柱對提高結構抗沖擊性影響不大。(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)實驗表明，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帘緲嬯P系參數(shù)驗證測試比較了沖擊測試和數(shù)值

14、計算結果，評估了低速沖擊條件下混凝土的力學特性，并在數(shù)值計算模型中檢查了混凝土材料的參數(shù)系統(tǒng)。沖擊作用時間曲線比較，有限元分析，目的：定線列車脫軌碰撞時結構柱的斷裂根數(shù)確定表4.3冠柱拆除根數(shù)，表4.4主站軌道層結構柱拆除根數(shù)，基于整體破壞拆除構件方法，1 .樹冠整體分析，(a)濟南西部樹冠，(b)呼和浩特東巷，樹冠分析模型，摘要：(1)拆除兩根柱子時，樹冠結構不會連續(xù)倒塌。(2)側柱破壞對冠層連續(xù)倒塌阻力的影響大于中場。(3)平面張弦梁結構應縮短每個張弦梁間距，加強平面外垂直連接。必須提高屋面效果，檁條和互補的連接必須是統(tǒng)一連接方式。注：該結論是從平面桁架結構、平面實際腹板梁結構也適用的平面張弦梁結構分析中得出的。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，結構概念設計方法局部阻力設計方法接合力設計方法替代路徑方法(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，幾何非線性材質非線性邊界非線性，Newton-Raphs