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钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法对比及性能校验

作　者: 田启祥
导　师: 赖明；李英民
学　校: 重庆大学
专　业: 防灾减灾工程与防护工程
关键词: 钢筋混凝土框架结构连续倒塌拆除构件法 SAP2000
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

自1968年英国Ronan Point公寓因煤气爆炸而发生连续倒塌破坏以来,建筑结构在意外事件时的连续倒塌日益成为严重威胁公共安全的重要问题。40多年来,国外学者对此进行了深入研究,而国内起步较晚,研究成果较为有限。为了使建筑结构抗连续倒塌设计有章可循,发达国家相继编制了相关设计规范,其中以美国公共事务管理局编制的《联邦政府办公楼以及大型现代建筑连续倒塌分析和设计指南》(简称“GSA2003”)和美国国防部编制的《建筑抗连续倒塌设计》(简称“DoD2005”)较为实用。值得关注的是,去年美国防部又编制了《建筑抗连续倒塌设计》修订版(简称“DoD2009”)。然而,我国规范目前尚未规定抗连续倒塌设计的具体方法。因此,分析借鉴美国抗连续倒塌设计规范,研究我国钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能并探讨实用可行的抗连续倒塌设计方法,具有较强的学术价值及较为重要的工程应用意义。本文完成的主要工作有:①简要介绍了建筑结构连续倒塌的定义及抗连续倒塌问题研究的重要性,并对国内外研究成果进行初步总结和评述。②从应用范围、荷载组合、分析方法、参数定义、倒塌范围限制及破坏准则等各方面详细地对比分析了美国GSA2003、DoD2005、DoD2009三本抗连续倒塌设计规范,归纳了建筑结构抗连续倒塌设计规范的发展趋势。③基于一11层钢筋混凝土框架结构有限元模型,阐述了SAP2000软件实现抗连续倒塌性能静力线性、静力非线性及动力非线性分析的方法步骤。根据分析结果,进一步比较美国抗连续倒塌设计规范,并对GSA2003中合理的动力放大系数取值提出建议。④参照DoD2009中的拆除构件法,对按我国现行规范设计的8度(0.2g)区6层钢筋混凝土框架结构模型做抗连续倒塌性能分析及抗连续倒塌设计。通过以上研究,得到的主要结论如下:①与旧规范DoD2005相比,DoD2009采用基于性能的抗连续倒塌设计方法以及合适的动力放大系数、荷载增大系数等,其分析设计方法更为有效。GSA2003的静力非线性方法中采用的“2.0”的动力放大系数过于保守,建议将DoD2009中的动力放大系数公式应用到GSA2003中。②参照DoD2009,按我国现行规范设计的抗震设防烈度为8度0.2g区的钢筋混凝土框架结构在底部楼层柱被拆除后,剩余结构具有良好的抗连续倒塌性能;被拆除柱所在楼层越高,剩余结构抗连续倒塌能力越弱;顶部楼层柱被拆除后,剩余结构将发生连续倒塌破坏。③参照DoD2009,采用静力非线性分析方法考察结构的抗连续倒塌性能,可得到与动力非线性分析相比并不保守的分析结果。④采用静力线性方法做抗连续倒塌设计时,框架梁配筋面积与原始结构相比,增加了约5%;采用静力非线性方法时,增加约3%;采用动力非线性方法时,仅增加近2%。考虑到非线性方法虽更精确,但较为复杂且耗时量大,建议具体工程中采用静力线性方法做抗连续倒塌设计。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-24
  1.1 课题背景与研究意义  10-15
    1.1.1 连续倒塌标志性事故简介  10-14
    1.1.2 连续倒塌的定义  14
    1.1.3 连续倒塌的诱因  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-21
    1.2.1 国外研究现状  15-17
    1.2.2 国内研究现状  17-21
  1.3 研究目的与内容  21-22
    1.3.1 研究目的  21-22
    1.3.2 研究内容  22
  1.4 本章小结  22-24
2 美国抗连续倒塌设计规范的发展  24-40
  2.1 GSA 2003  24-27
    2.1.1 分析方法  24-25
    2.1.2 荷载组合  25-26
    2.1.3 拆除承重构件的位置  26
    2.1.4 破坏准则  26-27
  2.2 DoD2005  27-33
    2.2.1 抗连续倒塌建筑分类标准  28
    2.2.2 分析方法  28-31
    2.2.3 荷载组合  31-32
    2.2.4 拆除承重构件的位置  32
    2.2.5 破坏准则  32-33
  2.3 DoD2009  33-38
    2.3.1 抗连续倒塌建筑分类标准  33
    2.3.2 分析方法  33
    2.3.3 m 系数简介  33-35
    2.3.4 荷载组合  35-36
    2.3.5 拆除承重构件的位置  36
    2.3.6 破坏准则  36-38
  2.4 规范的发展趋势  38-39
  2.5 本章小结  39-40
3 抗连续倒塌性能分析与设计方法的对比  40-60
  3.1 有限元模型  40-43
    3.1.1 建立模型  40
    3.1.2 材料强度  40-41
    3.1.3 楼板等效方案  41
    3.1.4 塑性铰定义  41-42
    3.1.5 破坏准则  42-43
  3.2 分析步骤  43-47
    3.2.1 静力线性分析  43
    3.2.2 静力非线性分析  43-46
    3.2.3 动力非线性分析  46-47
  3.3 分析结果  47-55
    3.3.1 静力线性分析  47-52
    3.3.2 静力非线性分析  52-53
    3.3.3 动力非线性分析  53-55
  3.4 动力放大系数校核  55-58
    3.4.1 动力放大系数计算方法  56-58
    3.4.2 校核结果  58
  3.5 本章小结  58-60
4 我国钢筋混凝土框架结构算例抗连续倒塌性能校验  60-78
  4.1 结构模型设计  60-63
    4.1.1 设计参数  60
    4.1.2 结构模型  60-63
    4.1.3 荷载组合  63
  4.2 原始结构抗连续倒塌性能分析  63
    4.2.1 柱拆除流程  63
    4.2.2 分析方法与破坏准则  63
  4.3 分析结果  63-77
    4.3.1 静力线性分析  63-70
    4.3.2 静力非线性分析  70-71
    4.3.3 动力非线性分析  71-77
  4.4 本章小结  77-78
5 我国钢筋混凝土框架结构算例抗连续倒塌设计  78-86
  5.1 设计流程  78
  5.2 设计过程  78-84
    5.2.1 静力线性方法  78-79
    5.2.2 静力非线性方法  79-82
    5.2.3 动力非线性方法  82-84
  5.3 设计结果  84
  5.4 本章小结  84-86
6 结论与展望  86-88
  6.1 主要结论  86
  6.2 后续研究工作的展望  86-88
致谢  88-90
参考文献  90-96
附录  96

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法对比及性能校验

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