鋼筋混凝土框架結(jié)構抗倒塌性能評估與設計原理研究

建筑結(jié)構的整體安全性一直是建筑結(jié)構設計的首要問題。并已成為結(jié)構工程界關注的熱點。建筑結(jié)構在承受爆炸、撞擊、火災等突發(fā)事件引發(fā)的偶然極端荷載作用時，結(jié)構可能發(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)濟損失，并會對社會造成惡劣的政治影響。本基金項目以抗爆抗沖擊為研究背景，以平面框架、空間框架為研究對象，完成了一系列結(jié)構在遭遇柱失效情況下結(jié)構抗倒塌試驗，其中包括靜力試驗、動力試驗以及采用自制沖擊加載裝置進行的低速沖擊試驗?；谠囼灁?shù)據(jù)，采用有限元軟件Atena、Ls-dyna、編制非線性時程分析程序等方式進行數(shù)值分析計算，并以抗倒塌設計與評估為研究目的，對鋼筋混凝土框架結(jié)構連續(xù)倒塌過程中動力效應問題進行了探討和研究。本項目以試驗、數(shù)值模擬以及面向應用的簡化計算與分析方法的思路來進行研究，基于試驗研究，獲得了鋼筋混凝土框架在靜力、動力荷載作用下的受力性能，掌握了動力（沖擊）作用對鋼筋混凝土結(jié)構受力性能的影響，建立了鋼筋混凝土框架結(jié)構在局部破壞發(fā)生后的計算模型，提出了相應的分析方法并用試驗數(shù)據(jù)對分析計算方法進行了驗證。 2100433B

倒塌是結(jié)構破壞的一種極端情況，是建筑結(jié)構設計所力圖避免出現(xiàn)的災難性后果。本項目以鋼筋混凝土框架結(jié)構為研究對象，在對結(jié)構遭受柱失效情況下的抗倒塌性能深入研究的基礎上，基于敏感性分析研究了替換荷載路徑原理與安全評估方法、基于能力需求曲線方法的抗倒塌性能評估方法以及基于位移的抗倒塌設計方法。項目研究主要內(nèi)容為現(xiàn)澆空間鋼筋混凝土框架結(jié)構的抗倒塌試驗與梁柱結(jié)構對比試驗、結(jié)構抗倒塌全過程數(shù)值模擬分析、替換荷載路徑原理與評估方法以及抗倒塌性能評估方法與設計方法等。項目研究主要目標為深入掌握鋼筋混凝土空間框架結(jié)構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)構承載能力來保證結(jié)構不發(fā)生倒塌情況下，研究結(jié)構的抗倒塌性能評估方法以及替換荷載路徑評價標準，建立框架結(jié)構抗連續(xù)倒塌設計體系。

本項目擬以豎向單自由度變形假設為前提，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)構抗連續(xù)倒塌性能的簡化評估方法。通過理論分析、模型試驗和數(shù)值模擬，明確在不同區(qū)域單個柱缺失條件下，鋼筋混凝土梁和板構件在不同受力或變形階段的抗連續(xù)倒塌受力機理和抗連續(xù)倒塌性能，建立其靜力抗連續(xù)倒塌簡化反應曲線，并基于能量守恒原理，建立其抗連續(xù)倒塌簡化能力曲線?；诏B加原理，根據(jù)各個構件的抗連續(xù)倒塌簡化能力曲線，及極限狀態(tài)下構件間的變形協(xié)調(diào)，建立整體框架結(jié)構的抗連續(xù)倒塌簡化能力曲線。將其與結(jié)構的需求曲線比較來判斷結(jié)構的抗連續(xù)倒塌性能，并通過框架模型結(jié)構連續(xù)倒塌試驗和已有連續(xù)倒塌事故記錄進行驗證。項目成果可用于不同鋼筋混凝土框架結(jié)構在不同區(qū)域柱缺失情況下，抗連續(xù)倒塌性能的準確快速評估，具有重要的理論意義和工程應用價值；并可為此類結(jié)構的抗連續(xù)倒塌設計提供參考。

房屋結(jié)構在遭受偶然荷載與作用時，如發(fā)生連續(xù)倒塌，將造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，是對安全的最大威脅?！?.11”事件的慘痛教訓，已經(jīng)引起全世界土木工程技術人員的極大震驚。因此，開展建筑結(jié)構連續(xù)倒塌研究，已引起世界各國政府和科技工作者的重視。本項目針對鋼筋混凝土框架結(jié)構豎向連續(xù)倒塌的全過程、破壞模式和抗倒塌機制等問題開展系統(tǒng)深入的試驗研究、數(shù)值模擬和理論分析。分別基于梁柱子結(jié)構（兩跨梁、三根柱組成，且中柱缺失）和空間框架結(jié)構（中柱或邊柱缺失），探討了鋼筋混凝土梁構件和板構件在不同豎向連續(xù)倒塌階段的破壞模式和抗倒塌作用機制，建立了梁柱子結(jié)構和空間框架結(jié)構的抗連續(xù)倒塌力學模型，分別給出了其極限倒塌抗力的計算方法，并基于能量守恒原理，建議了鋼筋混凝土框架結(jié)構抗連續(xù)倒塌性能簡化評估方法。本項目研究成果對于進一步豐富與完善我國鋼筋混凝土框架結(jié)構抗連續(xù)倒塌設計規(guī)程及連續(xù)倒塌評估理論提供重要的理論依據(jù)和技術支持。 2100433B

由于偶然作用導致的結(jié)構連續(xù)倒塌破壞可能產(chǎn)生嚴重的社會經(jīng)濟后果。偶然作用包括強烈地震、火災、恐怖襲擊以及人為意外事故等。本項目以鋼筋混凝土框架結(jié)構為對象，在對結(jié)構抗倒塌性能深入研究的基礎上，提出抗倒塌性能的簡化分析方法、統(tǒng)一的抗震和抗倒塌構造措施和綜合抗災設計方法。項目研究的主要內(nèi)容為鋼筋混凝土框架結(jié)構和梁柱組合單元抗倒塌試驗和擬動力試驗技術，結(jié)構在極限變形條件下的非線性分析，結(jié)構抗倒塌簡化分析方法和統(tǒng)一構造措施，基于非概率集合模型的結(jié)構倒塌危險性分析，基于性能的結(jié)構綜合抗災設計方法等。項目研究的主要目標是深入掌握鋼筋混凝土框架結(jié)構抗倒塌性能，綜合結(jié)構抗震設計的大震不倒原則，提出不顯著增加結(jié)構造價而將結(jié)構倒塌破壞風險減少到最低程度的綜合抗災設計方法。 2100433B