常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析

黄咏政, 王森钠, 梁子晗, 尹续峰, 李易

黄咏政, 王森钠, 梁子晗, 尹续峰, 李易. 常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析[J]. 工程力学, 2023, 40(S): 227-233. DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S003
引用本文: 黄咏政, 王森钠, 梁子晗, 尹续峰, 李易. 常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析[J]. 工程力学, 2023, 40(S): 227-233. DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S003
HUANG Yong-zheng, WANG Sen-na, LIANG Zi-han, YIN Xu-feng, LI Yi. DYNAMIC PROGRESSIVE COLLAPSE RESPONSES OF TYPICAL RC FRAME-SHEAR WALL STRUCTURES[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(S): 227-233. DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S003
Citation: HUANG Yong-zheng, WANG Sen-na, LIANG Zi-han, YIN Xu-feng, LI Yi. DYNAMIC PROGRESSIVE COLLAPSE RESPONSES OF TYPICAL RC FRAME-SHEAR WALL STRUCTURES[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(S): 227-233. DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S003

常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析

基金项目: 国家重点研发计划项目(2019YFC1511000);国家自然科学基金项目(52178094)
详细信息
    作者简介:

    黄咏政(1970−),男,北京人,副研究员,硕士,主要从事混凝土结构倒塌模拟研究(E-mail: yongzheng0531@126.com)

    王森钠(1999−),男,四川达州人,硕士生,主要从事混凝土结构倒塌模拟研究(E-mail: 1713081791@qq.com)

    梁子晗(1999−),女,河北石家庄人,硕士生,主要从事混凝土结构抗震研究(E-mail: 11134296568@qq.com)

    尹续峰(1978−),男,山东沂水人,高工,硕士,主要从事航天地面设施研究(E-mail: 13552985529@163.com)

    通讯作者:

    李 易(1981−),男,湖北襄阳人,教授,博士,博导,主要从事工程结构防灾减灾研究(E-mail: yili@bjut.edu.cn)

  • 中图分类号: TU311.3

DYNAMIC PROGRESSIVE COLLAPSE RESPONSES OF TYPICAL RC FRAME-SHEAR WALL STRUCTURES

  • 摘要: 多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构,其在局部结构构件失效下的整体结构连续倒塌可能引发严重的经济损失和社会影响。该文针对常规结构布置的典型框剪结构开展了动力连续倒塌分析,总结其规律为结构毁伤下的连续倒塌快速评估提供依据。主要工作包括:按照不同抗震设防烈度、跨度、层数设计了18个典型结构布置的框剪结构,并采用纤维梁单元和分层壳单元建立了整体结构的数值模型库;采用非线性动力拆除构件法对整体结构开展了计算分析,获得结构系统在局部构件失效下的动力响应;对比分析不同结构的连续倒塌动力响应,研究不同参数对连续倒塌后果的影响。
    Abstract: High-rise office buildings mainly adopt frame-shear wall structures. The whole structure may collapse progressively triggered by initial failure of critical structural element(s), eventually resulting in serious economic losses and social impact. Dynamic progressive collapse analysis was conducted on typical reinforced concrete (RC) frame-shear wall structures and the collapse mechanism was summarized, which provided a basis for rapid assessment for the progressive collapse of RC frame-shear wall structures. The research included the following works: Eighteen typical RC frame-shear structures were designed in accordance with different seismic fortification intensities, span lengths and number of stories. The numerical models of the structures were established in which fiber beam elements and multilayer shell elements were used to simulate RC beams and columns and RC shear walls, respectively. The nonlinear dynamic analysis using nonlinear dynamic alternate path method was conducted on the typical RC frame-shear wall structures, and the dynamic responses of the structures triggered by initial local failures were obtained. The dynamic responses of structural progressive collapse varying with different key parameters were compared and analyzed, by which the influence of different structural parameters on the dynamic progressive collapse responses was studied.
  • 连续倒塌是指结构在部分构件毁伤失效后的局部倒塌沿结构系统的不同方向传播,引起连锁反应,最终导致结构系统内更大范围的结构倒塌破坏。连续倒塌是整体结构系统的强非线性动力行为,研究其规律需要对不同部位失效下的系统内力重分布、替代传力路径、动力响应等问题开展大量计算分析,这需要借助兼顾精度和效率的高效数值模型。近年来,许多学者采用各类数值模拟方法对各种结构系统的连续倒塌规律进行了深入研究,如:于晓辉等[1]以OpenSees软件作为分析平台,采用非线性动力分析方法对RC框架结构连续倒塌动力响应影响因素进行了研究,发现柱失效时长对结构动力响应存在显著影响,而重力荷载分布形式的影响几乎可忽略不计;REZVANI和RONAGH[2]采用静力和动力push down分析方法对比研究了不同跨度情况下钢框架结构的抗连续倒塌性能,发现跨度是影响钢框架抗连续倒塌能力的重要因素,跨度越小,结构的抗连续倒塌性能提高越显著;陈泽帆等[3]基于OpenSees软件对RC框架梁柱子结构抗连续倒塌影响因素进行了分析研究,发现纵筋屈服强度和极限强度为主要影响因素。

    多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构,其中重要办公建筑的连续倒塌造成的经济损失和社会影响非常严重,研究钢筋混凝土框剪结构的连续倒塌动力响应具有重要的工程参考价值。本文以分层壳单元和纤维梁单元为基础,按照不同抗震设防烈度、楼层层数、跨度建立了框剪结构整体结构数值模型库,并采用非线性动力拆除构件法,针对不同位置(包括构件平面位置和所在楼层)的结构构件进行拆除,以模拟不同部位的结构发生初始毁伤下的连续倒塌行为,对比分析了各项参数对结构动力响应的影响,为框剪结构连续倒塌工程快速评估提供了参考。

    纤维梁单元模型[4]将构件截面按照材料和位置划分为纤维(如图1所示),每个纤维采用单轴应力-应变关系来考虑不同材料的力学性能,并通过平截面假定控制界面上纤维的变形协调。纤维梁单元具有如下优点:① 具有广泛的适用范围,可以适用于各种截面形状;② 同时考虑了轴力和弯矩对截面滞回关系的影响,且能够针对不同纤维单元采用不同的单轴本构关系,因此具有较高的精度;③ 兼具计算精度与计算效率,相比于实体单元,纤维梁单元拥有更高的计算效率,相比于集中塑性铰模型,纤维梁单元的计算精度更高。本研究采用了纤维梁THUFIBER程序[5]模拟钢筋混凝土梁柱。在该程序中,混凝土本构模型选用Légeron&Paultre模型[6],以考虑反复受力过程中的刚度和强度退化现象。钢筋采用汪训流钢筋本构模型[7],以考虑钢筋的Bauschinger效应。LIN等[8]采用该纤维梁程序对清华大学开展的框架子结构连续倒塌试验进行了模拟,并对比数值模拟计算结果和实验结果,纤维梁模型数值模拟结果与试验结果拟合效果较好,可以采用该纤维梁单元模拟梁柱结构的倒塌大变形行为。

    图  1  纤维梁单元示意图
    Figure  1.  Schematic diagram of fiber beam element

    分层壳单元模型沿厚度方向将材料划分为多层,如图2所示,并根据各层材料之间满足平截面假定来计算各层应力并集成获得单元内力。分层壳单元的优点如下所示:① 各层可以按不同需要需要设置不同的厚度和材料性质,可以用较高的效率考虑不同材料的组合效应;② 将混凝土、钢筋的本构行为和钢筋混凝土平面构件的非线性行为联系起来,模拟剪力墙和楼板时具有较高的计算效率。本文采用了分层壳单元模拟剪力墙的复杂受力行为。为了验证分层壳模型的精度,缪志伟[9]通过数值模拟和剪力墙滞回试验[10]进行了对比,数值模拟结果与试验结果吻合良好,因此分层壳模型可以描述剪力墙的大变形受力行为。

    图  2  分层壳模型示意图
    Figure  2.  Schematic diagram of muti-layer shell element

    框剪结构的基本设计参数如表1所示,关键参数考虑了抗震设防烈度、楼层层数和单跨跨度,其中,抗震设防烈度取6度设防和8度设防,楼层层数考虑8层、12层和15层,单跨跨度分别取6 m、9 m和12 m。按照现行《混凝土结构设计规范》[11]和《建筑抗震设计规范》[12]共设计18个框剪结构,并采用纤维梁和分层壳模型建立高效数值分析模型。

    根据实际工程中常见的框剪结构建筑,本研究设计的RC框剪结构将剪力墙布置在四个角部和中部。为了考虑更多倒塌工况,同时也考虑结构平面布置的规则性和对称性,使刚度中心与质量中心相重合,减少扭转效应对结构设计的影响,框剪结构中部剪力墙采用十字形分布的形式。按照初始破坏构件承担荷载面积和周边结构约束水平的不同以及构件类型的不同,并参考《建筑结构抗倒塌设计标准》[13]中建议的拆除构件位置,将抗侧力构件分为角部墙、内部墙、内部柱、长边中柱和短边中柱5种类型,结构平面布置如图3所示。

    表  1  结构设计参数
    Table  1.  Structural design parameters
    设计参数跨度6 m跨度9 m跨度12 m
    基本信息跨数:8×4跨;层高:底层4.5 m,其他层3.6 m
    几何信息梁截面250 mm×500 mm300 mm×750 mm400 mm×1000 mm
    柱截面500 mm×500 mm800 mm×800 mm1100 mm×1100 mm
    墙厚300 mm400 mm600 mm
    墙洞尺寸底层:1800 mm×2100 mm
    其他层:1800 mm×1800 mm
    底层:2700 mm×2100 mm
    其他层:2700 mm×1800 mm
    底层:3600 mm×2100 mm
    其他层:3600 mm×1800 mm
    地震信息抗震设防类别:乙类;建筑场地类别Ⅱ类;设计地震分组:第一组
    风荷载信息设计基本风压:0.45 kN/m2;地面粗糙度C类
    楼面荷载信息恒载:混凝土容重(取25 kN/m3)×楼板厚度+附加荷载(取1.25 kN/m2);活载:2 kN/m2
    材料信息混凝土等级梁、板:C30;底层墙、柱:C50
    第2层~10层墙、柱:C45;第11层~15层墙、柱:C40
    钢筋等级HRB400
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    图  3  典型框剪结构平面布置图
    Figure  3.  Floor plan of typical frame-shear wall structure

    针对上述建立的18个框剪结构,按照不同初始拆除构件类型(框架柱和剪力墙)、位置(角部墙、内部墙、内部柱、长边中柱和短边中柱)和规模(最多四个竖向构件发生初始破坏),共设置了3150个不同的连续倒塌算例,分别开展非线性动力拆除构件分析,该方法可通过快速移除构件来考虑局部构件瞬间失效引起的动力效应,参考中国《建筑结构抗倒塌设计标准》[13]定义的倒塌判据(即:支撑该空间的梁板构件竖向位移达到跨度的1/5)即可得到各工况下的倒塌情况。可以发现,倒塌模式主要分为以下3类,如图4所示:未发生倒塌、竖向倒塌、竖向和水平向倒塌。为研究结构倒塌破坏机理,本文以12层6 m跨8度抗震设防的框剪结构为例,拆除不同平面位置、不同数量剪力墙,提取各工况下节点位移和顶层梁端内力进行分析,从力学机理的角度对比讨论初始破坏发生后的动力响应。

    图  4  倒塌模式
    Figure  4.  Collapse modes

    拆除2层L形角部剪力墙工况下,上部剩余结构的竖向荷载由每层4根框架梁(Beam1~Beam4)共同承担,最大位移点和梁端内力分析点如图5(a)所示。由图5(b)可以发现,在0.6 s左右,剩余结构竖向位移达到梁跨度的1/5,结构发生倒塌,对于此后的内力不再进行分析。在初始时刻(0.0 s~0.6 s),如图5(c)图5(d),四根框架梁轴力在0 kN上下浮动,主要由梁端弯矩提供抗倒塌承载力,其中,在0.0 s~0.4 s,Beam2和Beam4成为提供抗弯承载力的主要构件,随后首先发生承载力下降,继续和Beam1、Beam3共同承担上部荷载;到达0.6 s左右,四根框架梁的梁端抗弯承载力均发生急剧下降,随后发生倒塌破坏,并未进入“悬链线机制”。其原因是:拆除角部剪力墙后,没有足够的水平位移约束以形成稳定的拉结力,结构的抗连续倒塌承载力仅由梁构件的抗弯承载力提供,因此拆除角部墙工况下不容易出现水平向的倒塌破坏。

    图  5  L形角部剪力墙拆除工况
    Figure  5.  Failure condition of L-shaped corner shear wall

    拆除2层L形内部剪力墙工况下,由于周边剪力墙的存在,最大位移点为拆除构件端柱处,各分析点位置、内力如图6所示。由于周边剪力墙的存在,在该工况下,上部剩余结构的竖向荷载由6根框架梁和2片剪力墙共同承担。由于没有完全失去竖向支承,在该工况下,拆除L形内部墙并未发生倒塌。在结构小变形阶段,主要由梁端弯矩提供抗弯承载力,但由于梁端存在一定的水平约束,因此在压拱机制下梁内均产生了较大的轴向力。

    图  6  L形内部剪力墙拆除工况
    Figure  6.  Failure condition of L-shaped interior shear wall

    拆除2层十字形内部剪力墙,上部剩余结构的竖向荷载由每层的12根框架梁共同承担,由于结构的对称性,对其中四根框架梁的内力进行分析,如图5(a)所示。在结构倒塌初期(0 s~0.3 s),首先由梁端弯矩提供抗倒塌承载力,梁端弯矩不断增大,如图7(d)所示;在0.3 s~0.68 s,各框架梁的抗弯承载力大幅下降,梁轴力增大,进入“悬链线机制”,由框架梁内部的纵向钢筋提供拉结力以抵抗上部荷载,如图7(c)所示;0.68 s左右结构竖向位移达到跨度的1/5,结构发生倒塌,如图7(b)所示。

    图  7  十字形内部剪力墙拆除工况
    Figure  7.  Failure condition of cross interior shear wall

    对3150个算例模拟结果进行分析,获取不同参数下的倒塌破坏模式,拆除剪力墙计算结果如表2所示。结合上述倒塌机理分析和框剪结构算例分析结果,总结不同参数对框剪结构抗连续倒塌性能的影响,得到如表3所示的各项规律。

    表  2  拆除剪力墙工况计算结果(部分)
    Table  2.  Simulation results of different shear wall removal scenarios (partial results)
    跨度/m楼层层数设防烈度拆除构件所在层数L形角部墙L形内部墙十字形内部墙
    686第1层~8层竖向倒塌竖向倒塌水平倒塌
    8第1层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    156第1层~15层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    8第1层~15层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    1286第1层~4层竖向倒塌竖向倒塌水平倒塌
    第5层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    8第1层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    156第1层~7层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层~15层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    8第1层~4层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    第5层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层~15层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
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    表  3  抗连续倒塌性能与关键参数的关系
    Table  3.  Relationship between progressive collapse-resisting performance and key parameters
    关键参数抗连续倒塌性能
    抗震设防烈度 抗震设防烈度越高,结构抗震配筋增加,间接提升了抗连续倒塌性能
    结构总层数 楼层层数越高,剩余结构抗竖向倒塌能力越强,因为抗震设计导致层数更高的结构配筋显著增加、构件承载力提升,同时层数较多导致结构冗余传力路径增加。同时,构件间拉结增强,倒塌荷载传递使结构更容易发生水平向连续倒塌
    单跨跨度 结构的跨度越大,剩余结构的抗竖向倒塌性能无明显变化,但是出现水平倒塌的情况变少。原因是大跨度框架结构的竖向构件抗侧刚度较大
    拆除构件所在楼层数 拆除低楼层竖向构件时,相比于拆除上部楼层竖向构件,其剩余结构抗竖向倒塌能力更强,但发生倒塌后更容易伴随水平倒塌破坏。原因是破坏区域上部结构层数较多导致结构冗余传力路径增加,同时对周边结构传递的拉力更大,更易发生水平连续倒塌
    拆除构件所在平面位置 对于剪力墙构件,相较于内部L形剪力墙发生破坏,角部L形剪力墙发生破坏后,剩余结构的抗竖向连续倒塌能力更弱,但不容易发生水平向倒塌。原因是内部L形剪力墙失效后,周边剪力墙提供了部分竖向承载力。而对于柱构件,抗竖向倒塌性能从高到底分别是:内部柱>长边柱≈短边柱,抗水平向倒塌性能从高到低分别为:长边柱>短边柱≈内部柱。其原因是边柱失效后,剩余上部结构中,承担竖向荷载的框架梁较少,但是长边柱失效后,长边方向的竖向构件数量较多,能提供较大的抗侧承载力,同时分担了荷载,使得对短边方向的作用减小,因此不容易出现水平向连续倒塌
    拆除构件数量 随着拆除构件数量的增加,剩余结构抗竖向和水平向连续倒塌能力严重下降,其中,拆除多片剪力墙的影响最严重,拆除不同数量柱的工况下,拆除柱数量对剩余结构抗倒塌能力的影响程度从高到低分别是:长边柱、内部柱、短边柱。其原因是,长边柱承担竖向荷载面积小,且周边竖向构件提供较强的抗侧刚度,在拆除构件数量少时不容易发生连续倒塌,但随着拆除构件数量增多,更容易在拉结作用下发生大范围倒塌。短边柱沿短边方向约束少,即使拆除少量竖向构件也会发生水平倒塌,沿长边方向约束很多,水平向倒塌并不会向长边方向传播,因此拆除构件数量的影响较小。而内部柱失效情况介于长边柱和短边柱之间,拆除数量较少时,容易沿短边方向形成水平向倒塌传播,拆除数量较多时,会沿长边方向形成一定程度的水平向倒塌传播,但相较于边柱,内部柱失效位置的周边约束更多,拆除数量增加引起的倒塌范围变化较小
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    本文通过对比不同关键参数,研究了各参数对结构连续倒塌动力响应的影响,并得到如下结论:

    (1) 提高抗震设防烈度、结构楼层数和单跨跨度均对结构抗连续倒塌性能有正面影响。其中,单跨跨度主要影响抗水平倒塌性能;结构总楼层数主要对抗竖向倒塌性能有一定正面贡献,但是发生倒塌时更容易伴随水平倒塌破坏。

    (2) 不同拆除构件位置对剩余结构的动力响应有着较大的影响。对于不同平面位置的剪力墙,由于周边剪力墙提供了部分竖向承载力,因此拆除角部L形剪力墙的抗连续倒塌能力远不如拆除内部L形剪力墙;对于不同平面位置的柱构件,抗竖向倒塌性能从高到底分别是:内部柱>长边柱≈短边柱,抗水平向倒塌性能从高到低分别为:长边柱>短边柱≈内部柱。对于拆除构件所在的竖向位置,拆除构件所在的楼层越高,剩余结构的抗竖向倒塌能力越弱,但是抗水平倒塌能力越强。

    (3) 拆除构件数量不同时,拆除数量越多,剩余结构抗连续倒塌能力越弱,但是对于不同平面位置,拆除数量与抗连续倒塌性能之间的关系有所不同,拆除多片剪力墙对剩余结构的抗倒塌性能影响最严重。拆除不同数量柱时,拆除柱数量对剩余结构抗倒塌能力的影响程度从高到低分别是:长边柱、内部柱、短边柱。

  • 图  1   纤维梁单元示意图

    Figure  1.   Schematic diagram of fiber beam element

    图  2   分层壳模型示意图

    Figure  2.   Schematic diagram of muti-layer shell element

    图  3   典型框剪结构平面布置图

    Figure  3.   Floor plan of typical frame-shear wall structure

    图  4   倒塌模式

    Figure  4.   Collapse modes

    图  5   L形角部剪力墙拆除工况

    Figure  5.   Failure condition of L-shaped corner shear wall

    图  6   L形内部剪力墙拆除工况

    Figure  6.   Failure condition of L-shaped interior shear wall

    图  7   十字形内部剪力墙拆除工况

    Figure  7.   Failure condition of cross interior shear wall

    表  1   结构设计参数

    Table  1   Structural design parameters

    设计参数跨度6 m跨度9 m跨度12 m
    基本信息跨数:8×4跨;层高:底层4.5 m,其他层3.6 m
    几何信息梁截面250 mm×500 mm300 mm×750 mm400 mm×1000 mm
    柱截面500 mm×500 mm800 mm×800 mm1100 mm×1100 mm
    墙厚300 mm400 mm600 mm
    墙洞尺寸底层:1800 mm×2100 mm
    其他层:1800 mm×1800 mm
    底层:2700 mm×2100 mm
    其他层:2700 mm×1800 mm
    底层:3600 mm×2100 mm
    其他层:3600 mm×1800 mm
    地震信息抗震设防类别:乙类;建筑场地类别Ⅱ类;设计地震分组:第一组
    风荷载信息设计基本风压:0.45 kN/m2;地面粗糙度C类
    楼面荷载信息恒载:混凝土容重(取25 kN/m3)×楼板厚度+附加荷载(取1.25 kN/m2);活载:2 kN/m2
    材料信息混凝土等级梁、板:C30;底层墙、柱:C50
    第2层~10层墙、柱:C45;第11层~15层墙、柱:C40
    钢筋等级HRB400
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    表  2   拆除剪力墙工况计算结果(部分)

    Table  2   Simulation results of different shear wall removal scenarios (partial results)

    跨度/m楼层层数设防烈度拆除构件所在层数L形角部墙L形内部墙十字形内部墙
    686第1层~8层竖向倒塌竖向倒塌水平倒塌
    8第1层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    156第1层~15层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    8第1层~15层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    1286第1层~4层竖向倒塌竖向倒塌水平倒塌
    第5层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    8第1层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    156第1层~7层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层~15层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
    8第1层~4层水平倒塌未倒塌水平倒塌
    第5层~7层竖向倒塌未倒塌水平倒塌
    第8层~15层竖向倒塌未倒塌竖向倒塌
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    表  3   抗连续倒塌性能与关键参数的关系

    Table  3   Relationship between progressive collapse-resisting performance and key parameters

    关键参数抗连续倒塌性能
    抗震设防烈度 抗震设防烈度越高,结构抗震配筋增加,间接提升了抗连续倒塌性能
    结构总层数 楼层层数越高,剩余结构抗竖向倒塌能力越强,因为抗震设计导致层数更高的结构配筋显著增加、构件承载力提升,同时层数较多导致结构冗余传力路径增加。同时,构件间拉结增强,倒塌荷载传递使结构更容易发生水平向连续倒塌
    单跨跨度 结构的跨度越大,剩余结构的抗竖向倒塌性能无明显变化,但是出现水平倒塌的情况变少。原因是大跨度框架结构的竖向构件抗侧刚度较大
    拆除构件所在楼层数 拆除低楼层竖向构件时,相比于拆除上部楼层竖向构件,其剩余结构抗竖向倒塌能力更强,但发生倒塌后更容易伴随水平倒塌破坏。原因是破坏区域上部结构层数较多导致结构冗余传力路径增加,同时对周边结构传递的拉力更大,更易发生水平连续倒塌
    拆除构件所在平面位置 对于剪力墙构件,相较于内部L形剪力墙发生破坏,角部L形剪力墙发生破坏后,剩余结构的抗竖向连续倒塌能力更弱,但不容易发生水平向倒塌。原因是内部L形剪力墙失效后,周边剪力墙提供了部分竖向承载力。而对于柱构件,抗竖向倒塌性能从高到底分别是:内部柱>长边柱≈短边柱,抗水平向倒塌性能从高到低分别为:长边柱>短边柱≈内部柱。其原因是边柱失效后,剩余上部结构中,承担竖向荷载的框架梁较少,但是长边柱失效后,长边方向的竖向构件数量较多,能提供较大的抗侧承载力,同时分担了荷载,使得对短边方向的作用减小,因此不容易出现水平向连续倒塌
    拆除构件数量 随着拆除构件数量的增加,剩余结构抗竖向和水平向连续倒塌能力严重下降,其中,拆除多片剪力墙的影响最严重,拆除不同数量柱的工况下,拆除柱数量对剩余结构抗倒塌能力的影响程度从高到低分别是:长边柱、内部柱、短边柱。其原因是,长边柱承担竖向荷载面积小,且周边竖向构件提供较强的抗侧刚度,在拆除构件数量少时不容易发生连续倒塌,但随着拆除构件数量增多,更容易在拉结作用下发生大范围倒塌。短边柱沿短边方向约束少,即使拆除少量竖向构件也会发生水平倒塌,沿长边方向约束很多,水平向倒塌并不会向长边方向传播,因此拆除构件数量的影响较小。而内部柱失效情况介于长边柱和短边柱之间,拆除数量较少时,容易沿短边方向形成水平向倒塌传播,拆除数量较多时,会沿长边方向形成一定程度的水平向倒塌传播,但相较于边柱,内部柱失效位置的周边约束更多,拆除数量增加引起的倒塌范围变化较小
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-11
  • 修回日期:  2022-11-25
  • 网络出版日期:  2022-12-18
  • 刊出日期:  2023-06-24

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