鋼框架建筑結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌性能與分析

內(nèi)容簡介

本書介紹多高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌性能的試驗和理論研究成果，闡明多高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌分析與設(shè)計方法。全書共分7章。第1章介紹國內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的研究、設(shè)計方法與規(guī)范概況；第2章和第3章介紹鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的梁懸鏈線效應(yīng)、空腹效應(yīng)和樓板薄膜效應(yīng)；后4章介紹爆炸和火災(zāi)作用下鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的性能與分析設(shè)計方法，包括鋼框架結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的模式及影響因素、鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的魯棒性量化指標，以及鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的實用計算和設(shè)計方法。 2100433B

隨著鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)以及民用建筑中的應(yīng)用日益廣泛，在恐怖主義爆炸襲擊頻繁的今天，研究鋼結(jié)構(gòu)建筑，特別是重要建筑，在偶然荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)以及抗倒塌性能，具有重大意義。本項目主要針對鋼框架結(jié)構(gòu)在中柱失效工況下的魯棒性了研究。利用試驗研究和數(shù)值模擬的方法，考察了無樓板以及帶樓板三維剛性連接鋼框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)性倒塌性能，并分析兩大力學機制，即彎曲效應(yīng)以及懸鏈線效應(yīng)對結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的貢獻；在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用能量法估算結(jié)構(gòu)體系在中柱突然失效后的動力響應(yīng)。通過對比分析，揭示了樓板體系對鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌性能的影響，并分析了混凝土強度、樓板厚度以及配筋率等參數(shù)對鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌性能的影響。研究結(jié)果表明，剛性連接鋼框架結(jié)構(gòu)具有良好的延性以及抗倒塌性能；樓板對與結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能以及結(jié)構(gòu)體系中抗倒塌力學機制的形成和發(fā)展都有著十分重要的影響；樓板體系可以提高結(jié)構(gòu)體系的承載力，但是結(jié)構(gòu)的延性有所降低；不帶樓板和帶樓板的試驗?zāi)Ｐ途粫谥兄蝗皇Ш蟀l(fā)生連續(xù)性倒塌；美國國防部頒布的結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌設(shè)計規(guī)范（UFC 4-023-03）所給出的計算動力放大系數(shù)的方法不夠準確也不夠保守。在以上研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了能夠提高鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌性能的加固方法，即梁柱節(jié)點附近鋼梁下翼緣加蓋板；利用試驗和數(shù)值模擬驗證了該方法的有效性并討論了該方法的經(jīng)濟性?？傊?，本研究對闡明鋼框架結(jié)構(gòu)在失效工況下的倒塌機理，從而進一步發(fā)展鋼框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)性倒塌分析、設(shè)計與加固方法具有理論意義，指導(dǎo)作用和實用價值。 2100433B

主要針對樓板對鋼框架結(jié)構(gòu)魯棒性的影響進行了研究。本項目主要研究內(nèi)容以及意義包括：（1）進行了包括樓板、梁和柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼框架子結(jié)構(gòu)倒塌試驗，并且令該試驗發(fā)展成為今后鋼框架結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌數(shù)值計算模型驗證的Benchmark模型；（2）建立試驗?zāi)Ｐ偷娜S精細化計算模型，并利用試驗數(shù)據(jù)對其進行驗證以確保該計算模型的精確度和可靠性；（3）利用已建立的計算模型，以非線性分析為主要研究方法，從微觀角度研究樓板體系在鋼框架結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌中所起的作用，特別是組合效應(yīng)和薄膜效應(yīng)，并以此為基礎(chǔ)建立適用于設(shè)計工作的簡化樓板計算模型；（4）提出利用FRP提高樓板的拉結(jié)強度從而提高現(xiàn)有鋼框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌能力的加固方法，并利用試驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法驗證其可行性。總之，本研究對厘清鋼框架結(jié)構(gòu)在失柱情況下的倒塌機理，從而進一步發(fā)展鋼框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)性倒塌分析、設(shè)計與加固方法具有理論意義，指導(dǎo)作用和實用價值。

“911”事件世貿(mào)大廈發(fā)生連續(xù)倒塌后，多高層建筑結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌研究已成為近期建筑結(jié)構(gòu)研究的熱點，但是現(xiàn)階段抗連續(xù)倒塌研究中，框架-樓板三維整體結(jié)構(gòu)體系研究成果有限，尤其是鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，考慮三維整體效應(yīng)的抗連續(xù)倒塌力學性能與計算方法研究有待進一步深入。申請人擬以鋼框架-組合樓板結(jié)構(gòu)體系在中間柱失效后的三維整體效應(yīng)研究為切入點，以“試驗研究—有限元模擬及影響參數(shù)分析—理論計算模型探索”的研究方法為手段，探索一種位移控制均布荷載下抗連續(xù)倒塌的三維整體效應(yīng)試驗方法，并運用能量原理獲得考慮動力效應(yīng)的偽靜態(tài)三維結(jié)構(gòu)響應(yīng)，揭示三維整體效應(yīng)的力學性能和傳力路徑，闡明三維整體效應(yīng)中鋼框架懸鏈線效應(yīng)與組合樓板受拉薄膜效應(yīng)等傳力機制，提出一種考慮三維整體效應(yīng)的鋼框架-組合樓板結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌理論計算方法。項目研究成果可為提高我國多高層鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)建筑抗連續(xù)倒塌性能和編制相關(guān)設(shè)計規(guī)范提供理論依據(jù)。