抗连续倒塌分析—采用非线性动力方法 / 开普饭

结构连续倒塌是指结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效，继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。结构产生局部构件失效后，破坏范围可能沿水平方向和竖直方向发展，其中破坏沿竖向发展影响更为突出。当偶然因素导致局部结构破坏失效时，如果整体结构不能形成有效的多重荷载传递路径，破坏范围就可能沿水平或者竖直方向蔓延，最终导致结构发生大范围的倒塌甚至是整体倒塌^【1】。

一、规范规定

《建筑结构抗倒塌规设计规范》（CECS 392:2014）有如下规定^【2】：

1、建筑抗连续倒塌设计可采用概念设计、拉结构件法、拆除构件法和局部加强法（第4.1.5条）；

2、拆除构件后的剩余结构可采用下列三种方法之一进行抗连续倒塌计算：线性静力方法、非线性静力方法和非线性动力方法（第4.4.4条）；

3、采用非线性动力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时，剩余结构作用的动力荷载向量时程可按下列规定确定（第4.4.11条）；

（1）作用点为剩余结构与被拆除构件上端的连接节点；

（2）作用方向与原结构重力荷载产生的被拆除构件上端内力设计值向量的方向相反；

（3）荷载向量时程可按下式确定：

图1 动力荷载向量时程

4、采用非线性动力方法进行建筑结构抗连续倒塌计算时，结构计算模型及结构计算应符合下列规定（第4.4.14条）；

(1) 采用三维计算模型；

(2) 建立考虑材料非线性的构件力-变形关系骨架线；

(3) 计入P-Δ效应；

(4) 采用剩余结构的Rayleigh阻尼；

(5) 时程分析的积分步长不宜大于0.005s。

5、房屋建筑采用非线性动力方法进行结构抗连续倒塌计算时，剩余结构水平构件的塑性转角满足下式规定时，应认为该建筑结构符合抗连续倒塌设计要求（第4.4.17条）：

剩余结构水平构件的塑性转角限值

，对于抗震设计的钢筋混凝土梁为0.04。

二、工程案例

现以一个高架车站的实际工程作为算例，采用非线性动力方法进行抗连续倒塌分析

1、结构概况：

本工程结构形式为钢筋混凝土框架结构体系，地上1层；柱子为型钢混凝土矩形方管柱，柱截面为4400mmX4400mm，框架梁为箱梁，梁高3000mm，楼板为钢筋混凝土楼板，板厚600mm；选择边跨一颗框架柱拆除（箭头所指），模型如图2所示。

图2 模型示意图

2、参数设置

首先，在被拆除框架柱上端的连接节点施加一个向上的初始集中荷载，荷载的数值等于结构重力荷载产生的柱轴力，使拆除柱子后的结构在初始分析时保持平衡状态。同时，按规范要求建立荷载向量时程函数，荷载作用方向与初始集中荷载方向相反，如图3所示。被拆除构件的失效时间，即动力荷载向量由0增至绝对值最大值的时间为0.1T1,T1为剩余结构的基本周期。