不同材料柱对框架连续性倒塌的影响.pdf

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1、不同材料柱对框架连续性倒塌的影响张玉华，陈佃浩(山东科技大学土木工程与建筑学院，山东青岛266590)摘要：基于SAP2000平台，分别对钢筋混凝土框架、钢框架和钢管①拆除失效构件，并将其端部内力向量P。反向‘——●■●一■_混凝土框架进行pushdown分析和非线性动力时程分析，对比其失效作用于剩余结构上，得到的分析模型与原结构静力等：点位移曲线。研究表明：钢管混凝土框架具有良好的塑性变形能力与稳定性，其抗连续倒塌能力介于钢框架和钢筋混凝土框架之间。效；；埔关键词：钢框架；钢筋混凝土框架；钢管混凝土框架；push

2、down分析；②在上一步基础上，在失效点作用如图1所示的量动力响应随时问变化的荷载P进行弹塑性动力分析。图中，tf戋：中图分类号：TU312文献标识码：A表示构件失效时间，可按剩余结构基本周期的0．1倍螽文章编号：1007—7359(2016)01—0117—03取值。DoI：10．16330／j．cnki．1007—7359．2016．01．018P0引言Po结构在非常规荷载作用下发生局部破坏，其内力重分布引起其它部分破坏，进而形成连锁反应，导致结构部分或全部倒塌，这一过程称为结构的连续性倒塌【l1。建筑结构发生

3、连续倒塌时，其几何构成囟突变而产生振动，进而引发惯性力，因此其实质上是个动力矿t图1荷载一时间曲线过程。研究结构连续倒塌的影响因素对于建筑结构的对拆除失效柱后的剩余结构进行模态分析，得到稳定性设计意义重大。张雷明等圜对结构连续倒塌分基本周期T及前二阶频率∞、09：，前者用来确定构件析的3个难点进行了评述；NanciB等针对单自由度的分析模型，提出3种动力反应分析思路：瞬时刚度退失效时间，后者用以确定瑞雷阻尼的比例系数。瑞雷化法、瞬时加载法以及初始条件法；文献p将瞬时加载阻尼可以表示为：法推广应用于一般的结构，并对单

4、层平面框架连续倒C=aM+BK(1)塌的动力效应进行了研究。本文采用瞬时加载法，对式中：C、M与K分别为阻尼矩阵、质量矩阵及刚竖向分布荷载作用下的多层平面框架进行弹塑性动度矩阵；为阻尼系数和刚度阻尼系数。力反应分析，研究建筑结构由于初始破坏引起的动力(2)效应。∞2一m1卢=(3)1分析方法式中：、分别为第l、2振型的阻尼比，对于钢框架和钢管混凝土框架，可取O．02，对于钢筋混凝土Pushdown分析是在结构上施加竖向渐进荷载，框架，可取0．05。直至其破坏；通过结构位移与荷载之间的关系曲线，研究结构的极限竖向承载

5、力与竖向荷载下倒塌破坏2失效准则的机制。非线性动力时程分析采用瞬时加载法，可分两步进行：采用结构变形准则判断构件是否失效。在美国UFC连续倒塌规范中，给出了构件破坏的变形判断准作者简介：张玉华(1991-)，男，山东济南人，山东科技大学在读硕士，则，文章中3种模型均取当失效柱附近梁构件转角研究方向：结构工程。超过0．2rad时认为构件失效。_由图3可知，前5步荷载作用下，3种框3分析对象架模型失效点竖向位移钢框架大致相等，结构材料均图2所示为一榀4层3跨平面钢框架，跨度处于弹性阶段；前13步为6m，层高为3．6m。

6、所有梁均为焊接工字形截面，采用300mm×300ramXlOmm×16mm(高X荷载作用下，钢管混凝盈宽×腹板厚×翼缘厚，下同)，钢材弹性模量为土框架和钢框架失效点-------12荷载位移曲线大致吻．06×10MPa，密度为7．85×10kg／m，屈服强度：竖为345MPa。所有梁上均施加大小为20kN／m的合，说明荷载较小时，钢：竖向均布荷载。管混凝土柱和钢柱的力钢土l：框架柱分为以下3种形式：①工字型钢柱，学性能较为接近，型钢害截面尺寸为400ram×300mm×10mm×16mm；②承受主要荷载且未发生：钢

7、筋混凝土柱，截面尺寸为400mm×300mm，配屈服；第l8步时，钢筋筋取软件默认值；③方钢管混凝土柱，截面尺寸混凝土框架，钢管混凝为400mm×300mmx5ram，内填素混凝土，其他土框架和钢框架失效点参数按系统默认值。的竖向位移分别为钢管混凝土1．235m、1．188m、1．078m，框架钢管混凝土框架的塑性变形能力介于钢筋混凝土框架和钢框架之间。3种模型倒塌过程图4三种模型塑性铰发展情况中的塑性铰发展情况如图4所示，其中钢管混凝土框架的节点2ClC2塑性铰发展程度介于钢框架和钢筋混凝土框架之间。这是由于一方

8、面钢管对于混凝土的紧箍作用，使得钢管内混凝土的抗压强度得到提高，塑性与韧性性能得到改善，由脆性图2框架模型图材料转变为塑性材料，在荷载作用下能发生更大的变形；另3．1静力非线性分析基于pushdown分析方法，利用SAP2000建一方面，管内混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部立框架模型，采用集中塑性铰杆单元[41对失效区屈曲，保证钢材的材料性能得到充分发