鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能評(píng)估與設(shè)計(jì)原理研究

建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性一直是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要問題。并已成為結(jié)構(gòu)工程界關(guān)注的熱點(diǎn)。建筑結(jié)構(gòu)在承受爆炸、撞擊、火災(zāi)等突發(fā)事件引發(fā)的偶然極端荷載作用時(shí)，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生局部甚至大面積的不成比例的倒塌，由此引發(fā)大量的人員傷亡以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并會(huì)對(duì)社會(huì)造成惡劣的政治影響。本基金項(xiàng)目以抗爆抗沖擊為研究背景，以平面框架、空間框架為研究對(duì)象，完成了一系列結(jié)構(gòu)在遭遇柱失效情況下結(jié)構(gòu)抗倒塌試驗(yàn)，其中包括靜力試驗(yàn)、動(dòng)力試驗(yàn)以及采用自制沖擊加載裝置進(jìn)行的低速?zèng)_擊試驗(yàn)?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)，采用有限元軟件Atena、Ls-dyna、編制非線性時(shí)程分析程序等方式進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算，并以抗倒塌設(shè)計(jì)與評(píng)估為研究目的，對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌過程中動(dòng)力效應(yīng)問題進(jìn)行了探討和研究。本項(xiàng)目以試驗(yàn)、數(shù)值模擬以及面向應(yīng)用的簡(jiǎn)化計(jì)算與分析方法的思路來進(jìn)行研究，基于試驗(yàn)研究，獲得了鋼筋混凝土框架在靜力、動(dòng)力荷載作用下的受力性能，掌握了動(dòng)力（沖擊）作用對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力性能的影響，建立了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在局部破壞發(fā)生后的計(jì)算模型，提出了相應(yīng)的分析方法并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)分析計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證。 2100433B

倒塌是結(jié)構(gòu)破壞的一種極端情況，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所力圖避免出現(xiàn)的災(zāi)難性后果。本項(xiàng)目以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，在對(duì)結(jié)構(gòu)遭受柱失效情況下的抗倒塌性能深入研究的基礎(chǔ)上，基于敏感性分析研究了替換荷載路徑原理與安全評(píng)估方法、基于能力需求曲線方法的抗倒塌性能評(píng)估方法以及基于位移的抗倒塌設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目研究主要內(nèi)容為現(xiàn)澆空間鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌試驗(yàn)與梁柱結(jié)構(gòu)對(duì)比試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)抗倒塌全過程數(shù)值模擬分析、替換荷載路徑原理與評(píng)估方法以及抗倒塌性能評(píng)估方法與設(shè)計(jì)方法等。項(xiàng)目研究主要目標(biāo)為深入掌握鋼筋混凝土空間框架結(jié)構(gòu)在快速移除過程中與之后的抗倒塌性能，基于最大限度耗盡結(jié)構(gòu)承載能力來保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌情況下，研究結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能評(píng)估方法以及替換荷載路徑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)體系。

本項(xiàng)目擬以豎向單自由度變形假設(shè)為前提，以APM和EPP相結(jié)合的分析方法為手段，研究鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的簡(jiǎn)化評(píng)估方法。通過理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬，明確在不同區(qū)域單個(gè)柱缺失條件下，鋼筋混凝土梁和板構(gòu)件在不同受力或變形階段的抗連續(xù)倒塌受力機(jī)理和抗連續(xù)倒塌性能，建立其靜力抗連續(xù)倒塌簡(jiǎn)化反應(yīng)曲線，并基于能量守恒原理，建立其抗連續(xù)倒塌簡(jiǎn)化能力曲線?；诏B加原理，根據(jù)各個(gè)構(gòu)件的抗連續(xù)倒塌簡(jiǎn)化能力曲線，及極限狀態(tài)下構(gòu)件間的變形協(xié)調(diào)，建立整體框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌簡(jiǎn)化能力曲線。將其與結(jié)構(gòu)的需求曲線比較來判斷結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌性能，并通過框架模型結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌試驗(yàn)和已有連續(xù)倒塌事故記錄進(jìn)行驗(yàn)證。項(xiàng)目成果可用于不同鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在不同區(qū)域柱缺失情況下，抗連續(xù)倒塌性能的準(zhǔn)確快速評(píng)估，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值；并可為此類結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)提供參考。

房屋結(jié)構(gòu)在遭受偶然荷載與作用時(shí)，如發(fā)生連續(xù)倒塌，將造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，是對(duì)安全的最大威脅?！?.11”事件的慘痛教訓(xùn)，已經(jīng)引起全世界土木工程技術(shù)人員的極大震驚。因此，開展建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌研究，已引起世界各國(guó)政府和科技工作者的重視。本項(xiàng)目針對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)豎向連續(xù)倒塌的全過程、破壞模式和抗倒塌機(jī)制等問題開展系統(tǒng)深入的試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析。分別基于梁柱子結(jié)構(gòu)（兩跨梁、三根柱組成，且中柱缺失）和空間框架結(jié)構(gòu)（中柱或邊柱缺失），探討了鋼筋混凝土梁構(gòu)件和板構(gòu)件在不同豎向連續(xù)倒塌階段的破壞模式和抗倒塌作用機(jī)制，建立了梁柱子結(jié)構(gòu)和空間框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌力學(xué)模型，分別給出了其極限倒塌抗力的計(jì)算方法，并基于能量守恒原理，建議了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能簡(jiǎn)化評(píng)估方法。本項(xiàng)目研究成果對(duì)于進(jìn)一步豐富與完善我國(guó)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)規(guī)程及連續(xù)倒塌評(píng)估理論提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。 2100433B

由于偶然作用導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞可能產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)后果。偶然作用包括強(qiáng)烈地震、火災(zāi)、恐怖襲擊以及人為意外事故等。本項(xiàng)目以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為對(duì)象，在對(duì)結(jié)構(gòu)抗倒塌性能深入研究的基礎(chǔ)上，提出抗倒塌性能的簡(jiǎn)化分析方法、統(tǒng)一的抗震和抗倒塌構(gòu)造措施和綜合抗災(zāi)設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和梁柱組合單元抗倒塌試驗(yàn)和擬動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)，結(jié)構(gòu)在極限變形條件下的非線性分析，結(jié)構(gòu)抗倒塌簡(jiǎn)化分析方法和統(tǒng)一構(gòu)造措施，基于非概率集合模型的結(jié)構(gòu)倒塌危險(xiǎn)性分析，基于性能的結(jié)構(gòu)綜合抗災(zāi)設(shè)計(jì)方法等。項(xiàng)目研究的主要目標(biāo)是深入掌握鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能，綜合結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的大震不倒原則，提出不顯著增加結(jié)構(gòu)造價(jià)而將結(jié)構(gòu)倒塌破壞風(fēng)險(xiǎn)減少到最低程度的綜合抗災(zāi)設(shè)計(jì)方法。 2100433B