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多层框架结构在多柱失效情况下的连续倒塌过程分析

多层框架结构在多柱失效情况下的连续倒塌过程分析

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作者： MOHAMMED NASSIR HUSSIEN 上海交通大学

学位级别：硕士

结构受力构件在偶遇或意外荷载作用下失效引起周边甚至整体结构的连锁失效反应被称为连续倒塌。比如在框架结构中,一旦承重柱由于地震、车辆撞击、火灾或其他自然或人为危害而被削弱或失去承载能力,该柱所承担的荷载将转移到相邻柱上。... 详细信息

结构受力构件在偶遇或意外荷载作用下失效引起周边甚至整体结构的连锁失效反应被称为连续倒塌。比如在框架结构中,一旦承重柱由于地震、车辆撞击、火灾或其他自然或人为危害而被削弱或失去承载能力,该柱所承担的荷载将转移到相邻柱上。如果相邻柱在设计过程中没有充分考虑荷载重分布或具备承担额外荷载能力,则该构件也将失去其承载能力,竖向荷载将导致相邻构件相继失效直到达到平衡并稳定为止。因此,连续倒塌现象将导致结构出现大面积破坏,并最终可能摧毁整个结构。目前,现有文献对结构抗连续倒塌机理已积累了一定的研究成果。但对于多柱移除情况下的混凝土（RC）框架结构连续倒塌性能还尚未明确。因此,本研究将针对单柱和多柱失效情况下RC框架结构的抗连续倒塌能力进行数值研究,通过分析其需求承载比系数,揭示不同框架柱失效可能带来的结构连续倒塌风险程度,并提出设计中需要着重考虑的关键柱位置。论文首先对各国连续倒塌设计规范、典型事件、设计方法和策略进行系统综述和比较,提出各国设计规范的异同点。然后以一栋8层RC框架结构作为研究对象,考虑第一层和第二层不同位置处移除单柱和多根柱共10个不同情形,根据美国ACI318规范进行荷载取值,并按照gsa关于连续倒塌设计指南对荷载进行组合,考虑框架的实际几何与材料特性,建立有限元数值仿真模型,通过与文献结果比较,对建立的数值模型进行有效性验证,分析框架结构中梁、柱内力及承载需求与承载能力比（需求承载比）。基于失效柱周边构件内力和承载力结果分析,以上10种情形的需求承载比都超过2,即结构都有连续倒塌的风险。研究发现移除底层柱比上层柱更容易引起结构的连续倒塌。在单柱移除情况下,角柱移除将导致结构出现最不利承载情况,这是因为角柱移除情形下水平和转角约束不足,影响悬链线效应充分发展。在多柱移除情况下,同时移除外柱和内柱将导致结构出现最不利承载情况。本文结果建议,在RC框架结构设计中,从抗连续倒塌需求考虑,角柱需要进行加强设计或者通过配拉结筋提高其水平和转角的约束,从而发展悬链线效应,提升框架的抗连续倒塌能力。

关键词：连续倒塌多柱拆除需求承载比 gsa规范钢筋混凝土框架结构

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