框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能分析,1、連續(xù)倒塌分析方法 2、拆除構(gòu)件的關鍵問題 3、分析方法靜力線性、靜力非線性、動力線性、動力非線性。,前言：一般來說，如果結(jié)構(gòu)的最終破壞狀態(tài)與初始破壞不成比例，即可稱之為連續(xù)倒塌。進行連續(xù)性倒塌分析的目的是確定結(jié)構(gòu)抵抗偶然作用的能力，檢驗當某一個關鍵部位移除后荷載的重分布能力。結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析可分為兩類:連續(xù)倒塌評估和連續(xù)倒塌仿真。前者是指采用合適的分析方法及倒塌評價準則對己有建筑或擬建建筑進行連續(xù)倒塌分析，主要應用于結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計;后者是對結(jié)構(gòu)倒塌的全過程進行模擬。,1、連續(xù)倒塌分析方法,目前抗連續(xù)倒塌分析的方法主要有：拆除構(gòu)件法、特殊荷載抵抗法、構(gòu)造設計法以及連續(xù)倒塌仿真。 特殊荷載抵抗法對結(jié)構(gòu)進行抗連續(xù)倒塌分析，是把偶然作用對結(jié)構(gòu)的影響量化成荷載載值大小，從而確定出分析中采用的荷載效應組合以及荷載量值。 構(gòu)造措施法是通過構(gòu)造措施來加強結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和延性，維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。,構(gòu)造措施法的研究集中在分析結(jié)構(gòu)拉結(jié)體系對結(jié)構(gòu)的連接性、延性和冗余度的影響。拉結(jié)體系是指通過設置水平和垂直拉接筋，有效地將結(jié)構(gòu)連接在一起，增加連續(xù)性和延性，使結(jié)構(gòu)具有“搭橋”能力。結(jié)構(gòu)的某一豎向承重構(gòu)件破壞時，其上的水平構(gòu)件中的拉桿通過懸索作用在破壞構(gòu)件上方形成“橋”，改變原傳力路徑，將荷載由其相鄰構(gòu)件承擔，從而限制破壞的發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力。結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置拉結(jié)體系能有效防止建筑物發(fā)生連續(xù)性倒塌，利用拉索的懸鏈線作用可大大增強結(jié)構(gòu)的抗倒塌承載能力。下圖所示為框架結(jié)構(gòu)中，拉索懸鏈線作用的機理:,當框架中的某根柱因偶然作用失效時，設置于樓板中的拉索發(fā)揮懸鏈作用，把原來由失效柱承擔的荷載向鄰近的柱子傳遞，從而增強結(jié)構(gòu)重新分布荷載的能力。,連續(xù)倒塌仿真綜合運用固體力學理論和非線性有限元數(shù)值分析技術，對結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌過程進行模擬仿真，了解連續(xù)倒塌破壞的全過程，為結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計提供依據(jù)。在通用有限元法基礎上進行二次開發(fā)以及直接采用顯式動力有限元分析軟件如LS-DYNA就可以用于連續(xù)倒塌仿真。 拆除構(gòu)件法通過有選擇性的移除一根或幾根主要的豎向受力構(gòu)件模擬偶然作用對建,筑物的直接主要破壞，然后分析剩余結(jié)構(gòu)在自重和外部荷載作用下的內(nèi)力重分布，檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接超出設計承載力后的破壞和整體結(jié)構(gòu)的倒塌敏感性，以此來評價結(jié)構(gòu)抵御連續(xù)倒塌的能力。其中，構(gòu)件的“拆除”是指讓相應的構(gòu)件退出計算，但不影響相連構(gòu)件之間的連接。也就是結(jié)構(gòu)的節(jié)點不會受到影響。 拆除構(gòu)件法是從結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的含義出發(fā)研究關鍵構(gòu)件破壞后結(jié)構(gòu)響應狀態(tài)的成熟方法，其分析技術注重結(jié)構(gòu)自身的抗力分析層面，分析對象為己破損結(jié)構(gòu)，不計入偶然作用對結(jié)構(gòu)中其它構(gòu)件的沖擊波作用和其它直接效應。,拆除構(gòu)件法不針對某一種偶然作用來對結(jié)構(gòu)進行特殊的設計，而是希望結(jié)構(gòu)在發(fā)生局部破壞之后發(fā)揮體系自身的能力來控制或阻止破壞的擴散和蔓延。其分析過程與引起連續(xù)倒塌的原因無關，適用于各種非常規(guī)荷載作用下的倒塌分析，在偶然作用難以量化的條件下，這種方法的可操作性強，有助于初步認識結(jié)構(gòu)體系的倒塌失效機制與性能表現(xiàn)，因而得到了廣泛的應用,2、拆除構(gòu)件的關鍵問題,拆除構(gòu)建的選擇： 根據(jù)美國規(guī)范的規(guī)定對于抗彎框架體系，為了完成連續(xù)倒塌分析應考慮拆除的構(gòu)件包括: (1)外部周邊 首層短邊中部失去一根外柱; 首層長邊中部失去一根外柱; 首層失去一根角柱。,(2)內(nèi)部 地下車庫或空曠的首層內(nèi)柱。 這些部位的選取還是需要根據(jù)工程經(jīng)驗來確定。,破壞限度 美國規(guī)范提出了主要承重構(gòu)件失效帶來的倒塌領域準則，允許破壞可能發(fā)生在失效構(gòu)件的上一層或下一層，具體允許破壞程度如下: 純框架體系的破壞范圍不應大于一根柱以外任何方向一跨。 其他框架體系的破壞范圍不應超過70m2或樓層面積的15%。如破壞范圍超過以上限值則應重新設計，從頭開始連續(xù)倒塌分析。,下表給出了框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件防倒塌的最大允許延性或轉(zhuǎn)動限度。表中延性極限為極限位移與彈性位移比值Du/Dy,材料構(gòu)建性能： 構(gòu)件在偶然作用下的失效是個短期行為，在瞬間脈沖作用下，鋼筋和混凝土的平均應變速率比標準材性試驗的應變速度高出幾千倍，這將影響材料的強度和變形等力學性能，這種影響稱之為應變率效應。國外研究表明，這種效應會顯著提高鋼筋混凝土材料的強度和延性。為考慮應變率效應的有利作用，導則中允許考慮連續(xù)倒塌分析時某些材料強度可以提高?；炷梁弯摻羁梢员仍O計強度提高10%。,3、分析方法,當結(jié)構(gòu)發(fā)生初始破后，其幾何構(gòu)成發(fā)生突變而振動，從而產(chǎn)生慣性力，并通常伴有大變形，因此結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌實質(zhì)上是個非線性動力過程。而根據(jù)是否考慮非線性和動力效應，拆除構(gòu)件法可采用線性靜力分析、非線性靜力分析、線性動力分析以及非線性動力分析四種分析方法。下面，將分別介紹這四種常用的分析方法。,線性靜力分析 線性靜力分析是最簡單最基本的一種分析方法，此方法中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的移除是個靜力過程，加載方式為一次性加載。為考慮構(gòu)件的非線性，在分析中當某一構(gòu)件極限受彎承載力超過時，放松構(gòu)件的轉(zhuǎn)動自由度，置入一個固定彎矩等于構(gòu)件屈服的極限受彎承載力，相當于人工加入塑性鉸，重新分析修改后的結(jié)構(gòu)。當某一構(gòu)件超過受剪承載力時，該構(gòu)件即為失效構(gòu)件，在進行繼續(xù)分析之前，失效構(gòu)件必須先從模型中去掉。當某一失效構(gòu)件去掉后，與該構(gòu)件有關,的靜載或活載必須重分配給其他構(gòu)件。以迭代的方式完成這中分析直到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。如分析表明結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定則將發(fā)生連續(xù)倒塌?？蓪⒌顾呐R界狀態(tài)定義為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。對一特定的己有建筑，可通過不斷增大分析工況中豎向荷載的系數(shù)，對結(jié)構(gòu)進行上述的流程的分析，直至結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)，則此時施加在結(jié)構(gòu)上的所有豎向荷載即為結(jié)構(gòu)的抗倒塌極限荷載。這種方法通常只用于對結(jié)構(gòu)進行粗略的連續(xù)倒塌評估或校核，而不用于連續(xù)倒塌的精確分析。,線性動力分析 線性動力分析雖然考慮了構(gòu)件失效過程中的動力效應，但沒考慮材料的非線性，在結(jié)構(gòu)進入塑性大變形時，不能準確地計算動力放大效應、慣性力和阻尼力，因此不能評價結(jié)構(gòu)塑性大變形時的行為。而對于彈性結(jié)構(gòu)，由線性動力分析所得的結(jié)果又將偏于保守，且在分析過程中需要進行多次時程分析，過程比較復雜，耗時。因此，一般并不建議采用這種分析方法。,非線性靜力分析 非線性靜力分析廣泛的用于結(jié)構(gòu)水平荷載的分析，也稱為“推覆分析(pushover分析)”。其基本原理是將某種水平荷載模式作用于結(jié)構(gòu)的計算模型上，逐步增加荷載直至達到目標荷載(或目標位移)，在分析過程中，允許構(gòu)件進入非線性階段。這種方法通過最大位移角和屈服位移的計算可用于分析結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的延性情況。一般而言，結(jié)構(gòu)的延性越好，在水平作用下的性能也愈好。,連續(xù)倒塌非線性靜力分析可采用逐步增加豎向荷載直至達到目標荷載(位移)或結(jié)構(gòu)倒塌，相當于“豎向pushover”分析。這種分析方法考慮了非線性效應，在確定結(jié)構(gòu)的彈性極限和失效極限方面非常有效，可以補充非線性動力分析過程。,非線性動力分析 非線性動力分析是分析連續(xù)倒塌最為精確的一種方法，分析過程充分考慮了構(gòu)件移除的動力特性及材料的非線性，結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生大變形，材料可以進入非線性階段，出現(xiàn)塑性鉸，可進行充分的內(nèi)力重分布，真實地反應結(jié)構(gòu)倒塌的實際過程，提供了更為理想的結(jié)果。,結(jié)構(gòu)在不同偶然荷載