爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构连续倒塌分析方法比较研究

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由恐怖袭击、意外爆炸等事件引发的结构关键承力构件破坏从而最终导致的结构连续坍塌,在造成严重人员伤亡的同时,也带来了巨大的经济损失。2001年9月11日,美国纽约世贸中心大楼遭恐怖袭击而发生彻底倒塌,自此建筑结构的连续倒塌现象在世界范围内受到了广泛的关注,国内外学者相继开展了对建筑结构连续倒塌分析的研究。为了将研究的结果通用化,美国国防部于2005年出台了UFC4-023-03《建筑物抗连续倒塌设计规范》,并于2009年对规范进行了改进。规范中采用了替代传力路径法对结构的连续倒塌进行分析。该方法是先移除结构关键受力构件然后对剩余结构进行线性静力分析、非线性静力分析以及非线性动力分析,然而分析过程中并未考虑引起关键构件失效的原因。本文采用数值模拟法研究了由于爆炸荷载作用导致结构关键构件失效而引发的结构连续倒塌的情况,并与规范中的分析方法进行了比较研究。主要研究工作内容如下:(1)运用显式有限元动力分析软件LS-DYNA,建立了一个典型的四层两跨钢筋混凝土框架结构模型,对不同比例距离的爆炸荷载作用导致的仅结构底层中柱或仅结构底层边柱发生初始破坏的情况分别进行了数值模拟。(2)采用美国UFC规范中使用的替代传力路径法对相同的四层钢筋混凝土框架结构进行了线性静力分析和非线性动力分析。(3)将爆炸荷载作用下的数值模拟结果与采用规范中的替代传力路径法分析的结果进行对比,找出了该分析方法存在的不足,并对考虑爆炸荷载作用的结构抗连续倒塌分析设计方法的改进提出了设想。
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