文档介绍：柱失效时间对RC框架结构连续倒塌影响分析
柱失效时间对RC框架结构连续倒塌影响分析
摘要:采用有限元的分析方法对RC框架结构的连续倒塌过程进行仿真模拟,已成为目前连续倒塌分析的有效方法,其中柱失效时间的选取成为模拟中至关重要的参数,直接影响连续倒塌分析结果。本文以一五层RC框架结构的连续倒塌为例,分析柱失效时间对结构连续倒塌动力响应的影响,并给出失效时间选取失效结构第一周期1/10左右合适。
关键字:失效时间、连续倒塌、框架结构
中图分类号: 文献标识码:A            
0 引言
结构在地震、爆炸、火灾等意外荷载作用下易出现初始破坏,进而导致连续倒塌,这势必造成巨大的经济损失和人员伤亡。国外在结构连续倒塌方面研究较早,出台较多的结构防连续倒塌设计规范,但我国在这方面研究较晚,成果较少。
结构类型不同、引起结构构件破坏的荷载不同,结构构件从正常状态发展到失效状态时间不同。一般来说,在突加意外荷载作用下,钢筋混凝土结构构件的失效时间短于钢结构房屋;结构构件在爆炸、撞击作用下,结构构件几乎为瞬间破坏,在地震、火灾、局部超载作用下,结构构件失效时间较长。在结构发生初始破坏后,失效时间不同,直接影响剩余结构的力学响应。为研究失效时间对结构位移反应、动力放大系数的影响,选择合适的拆柱时间,本文通过分析底层角柱在不同拆柱时间下的位移反应、塑性铰发展,确定合适的拆柱时间。为研究连续倒塌过程中的动力特性,分析采用非线性动力分析方法。
1 分析方法
结构抗连续倒塌的四种分析方法:概念设计法、拉结强度法、关键构件设计法、备用荷载路径法。备用荷载路径法目前应用最为广泛抗连续性倒塌分析方法,考虑了材料、几何非线性以及动力效应对结构分析的影响,分析过程不限定偶然荷载(火灾、爆炸等)的类型,能较好的模拟结构在任意荷载作用下的连续倒塌过程。
根据分析中是否考虑材料和几何非线性,分析方法分为:线性静力、线性动力、非线性静力、非线性动力分析。连续性倒塌分析中的非线性动力分析是模拟结构在意外荷载作用下柱破坏后,剩余结构在实际荷载作用下的动力反应。非线性动力分析考虑了结构拆柱后的动力效应以及构件的材料、几何非线性,能较为合理的模拟真实的倒塌过程。但非线性动力分析建模较为复杂,耗时较长,模型参数的设定对结果收敛与否影响较大。本文通过备用荷载路径法对连续倒塌过程进行非线性动力分析方法。
非线性动力分析的步骤为:
1)建立有限元模型;
2)对模型施加规定的静力荷载,分析得到拆除柱端部内力P=(N、V、M);
3)拆除失效柱,在失效柱节点反向施加端部内力-P,得到与原静力模型等效的分析模型,定义该非线性静力工况为动力分析的初始条件。
4)在失效柱断点施加向下的荷载P,作为动力分析工况的荷载。
5)运行非线性动力时程分析工况;
6)分析结构塑性铰的发育和分布情况、节点位移、构件内力变化情况。
2 算例分析
本文通过对一五层框架结构模型进行分析,模型平面图和立面图见图1-1、1-2,模型详细参数详见文献[1].
图1-1 模型标准层平面图图1-1 模型立面图