空间钢框架连续倒塌有限元分析

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1、2013年第6期·107·第39卷总第176期SichuanBuildingMaterials2013年12月DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2013.06.048空间钢框架连续倒塌有限元分析黄晨(西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安　710054)摘要:近年来在世界各地相继发生的建筑物连续倒2B、中柱2A)、层高、跨数三种情况分析连续倒塌。塌事件,使得结构的连续倒塌研究越来越受到重视。本文1．2　分析方法及破坏准则采用SAP2000软件,分别使用线性静力和线性动力方法对本文将采用线性静力和线性动力方法[

2、4]分析空间钢框空间钢框架进行连续倒塌分析,研究层高、跨数、柱失效架连续倒塌的破坏机理。线性静力法在连续倒塌分析中是位置对于结构构件的最大需求能力比DCR的影响,对比两一种常见的简化分析方法。首先对结构进行关键构件的拆种分析方法中框架构件DCR值,探究空间钢框架破坏机除,然后对剩余结构施加2倍的等效静力荷载进行内力分理,研究成果可以为防连续倒塌设计提供借鉴。析。线性动力法(线性时程分析)考虑了结构刚度和平衡状关键词:连续倒塌;替代荷载路径法;线性分析;需态的突变,研究剩余结构荷载重新分布,分析剩余结构的求能力比DCR受力与变形。中图分类号:TU3

3、11．4文献标志码:B文章编号:1672-4011(2013)06-0107-03　0　前言美国土木工程学会将结构的连续倒塌定义为:结构在C1正常使用中,由于突发事件局部构件发生破坏,这种破坏B2迅速扩展,最终导致结构的整体倒塌,或者造成远大于结[1]构初始破坏范围的倒塌。A3本文采用美国公共事务管理局编制的GSA2003《联邦政[2]图1　空间钢框架基本模型府办公楼以及大型现代建筑连续倒塌分析和设计指南》和[3]美国国防部编制的DOD2005《建筑抗连续倒塌设计》作为GSA准则规定在连续倒塌分析中首先去除关键部位构研究依据。件,剩余结构被迫重新

4、寻找替代的荷载传递途径,导致结美国GSA2003连续倒塌分析与设计指南从设计效率和构构件原本的平衡状态被打破,因而引发局部破坏并引起实用性方面考虑,推荐使用线性静力法分析结构的连续倒[5]新的荷载重分布。准则采用需求能力比DCR作为线弹性塌受力性能。对于10层及10层以下的建筑可以用线弹性分析的破坏准则:分析方法作为简化的分析方法。根据是否考虑动力效应线DCR=Qu/Qc(1)弹性分析又可分为静力分析和动力分析。式中,Qu为替代荷载路径法求得构件或节点承受的内力(弯矩、轴力、剪力),Qc为构件或节点预期的极限承1　基本信息载能力(弯矩、轴力、剪力

5、)。GSA2003建议对于静力分析1．1　分析对象采用荷载组合:2(DL+0．25DL),对于动力分析采用荷载组笔者运用SAP2000建立二榀二跨三层空间钢框架作为合:DL+0．25LL,其中DL表示恒荷载,LL表示活荷载。基本模型,纵向和横向跨度均为6m,层高3．6m,板厚0．12破坏极限值由文献[6]知,该工字钢梁的极限DCR=3。m。梁均采用H350×250×12×18(mm),柱均采用H400×2　空间钢框架连续倒塌分析400×12×20(mm),梁柱均为焊接工字型截面。钢材屈服强度为345MPa,工字钢梁预期极限抗弯承载力Qc=617．

6、482．1　柱失效位置分析2kN/m。假设柱与地面固结,内外墙均为轻质墙。模型如图本文按照美国DOD2005推荐方法,对空间钢框架设定21所示。基本模型屋面和楼面恒荷载均为1．5kN/m,屋面了角柱(1-A)失效、中柱(2-A)失效,内柱(2-B)失效22活荷载为:0．5kN/m,楼面活荷载为2kN/m,梁上隔墙三种破坏情况。对基本模型进行线性静力分析和线性动力线荷载为8kN/m。分别考虑柱失效位置(角柱1A、内柱分析,得到拆除角柱、拆除中柱、拆除内柱后剩余结构工字钢梁的抗弯承载力,并计算出相应的极限DCR值,如表作者简介:黄晨(1988-),男

7、,陕西西安人,工学硕士,主要从事建筑抗震及钢结构稳定研究。1所示。·108·2013年第6期2013年12月SichuanBuildingMaterials第39卷总第176期表1拆除柱后空间框架弯矩及DCR值柱失效柱失效静力最大弯矩静力最大动力最大弯矩动力最大类型位置/(kN·m)DCR值/(kN·m)DCR值首层629．471．019427．360．692拆除二层602．180．975390．190．632角柱三层589．680．954204．70．332首层765．931．242585．620．948拆除二层732．691．18

8、6524．380．849图4　拆除内柱时工字梁DCR值中柱三层557．850．903372．850．603分析柱失效位置的影响,可知无论