RC空間框架填充墻結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌可視化模擬與安全性評(píng)定.pdf

1、“911”事件轉(zhuǎn)眼間已過(guò)去11年,可當(dāng)年世貿(mào)大廈轟然倒塌的情景卻時(shí)時(shí)警示著人們,結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生連續(xù)性倒塌,必將導(dǎo)致慘重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,甚至造成惡劣的社會(huì)影響,因此,建筑結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌性能越來(lái)越受到社會(huì)的重視。我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌方面的研究起步較晚,對(duì)鋼筋混凝土(RC)空間框架填充墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌問(wèn)題更是研究不多。本文以O(shè)penSees為有限元分析平臺(tái),以DONAP為可視化模擬工具,對(duì)RC空間框架填充墻結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的可視化模擬與安

2、全性評(píng)定等問(wèn)題進(jìn)行了較為深入系統(tǒng)的研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)OpenSees軟件因其具有非線性數(shù)值模擬精度高、源代碼高度開(kāi)放及易于協(xié)同開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到廣大研究者的重視。但鑒于其薄弱的可視化環(huán)節(jié),本文作者和清華大學(xué)軟件學(xué)院研究生合作,在可視化仿真軟件DONAP基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)反應(yīng)可視化界面——OpenSeesGUI,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)畫(huà)跟蹤求解結(jié)果變化、單元的線或棱柱可視化方式調(diào)整等可視化功能,并解決了OpenSees在

3、DONAP中運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題。
　　(2)為驗(yàn)證填充墻纖維截面相互作用模型的準(zhǔn)確性,本文選取了一組已完成試驗(yàn)研究的框架填充墻結(jié)構(gòu),對(duì)其進(jìn)行OpenSees建模,將有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明:框架填充墻結(jié)構(gòu)有限元模型P-?滯回曲線與試驗(yàn)的骨架曲線,在塑性下降段相差比較大,究其原因發(fā)現(xiàn)填充墻模型采用的理想彈塑性材料與現(xiàn)實(shí)填充墻材料性能不符;由此本文采用Hysteretic材料替換理想彈塑性材料對(duì)原填充墻模型進(jìn)行改進(jìn)

4、,結(jié)果發(fā)現(xiàn)新填充墻模型性能與試驗(yàn)填充墻性能吻合良好。
　　(3)為研究RC空間框架填充墻結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力,對(duì)一棟6層雙跨RC空間框架填充墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了OpenSees建模,采用瞬間拆除結(jié)構(gòu)底層兩根框架柱的備用荷載路徑方法,進(jìn)行了非線性動(dòng)力分析(NDA),并將分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。文中還對(duì)RC純框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗連續(xù)倒塌性能分析,并將分析結(jié)果與填充墻結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,從定量的角度探討了填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能

5、力的影響。結(jié)果表明:兩種結(jié)構(gòu)在底層兩框架柱被移除的情況下,并沒(méi)有立刻發(fā)生連續(xù)倒塌,但結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌勢(shì)很強(qiáng);RC空間框架填充墻結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力強(qiáng)于RC空間純框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力,填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌性能起到增強(qiáng)的作用。
　　(4)為了從定量的角度評(píng)估RC空間框架填充墻結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力,采用Pushdown分析(PDA)和豎向增量動(dòng)力分析(IDA)方法,根據(jù)強(qiáng)度冗余系數(shù)(SRF)、剩余影響系數(shù)(RIF)和損傷強(qiáng)度比(D

6、SR)三種魯棒性指標(biāo),對(duì)結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力進(jìn)行了確定性分析。結(jié)果表明:對(duì)于RC框架填充墻結(jié)構(gòu),靜力PDA方法得出的抗連續(xù)倒塌能力要比動(dòng)力豎向IDA方法得出的大很多,說(shuō)明對(duì)于填充墻結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力分析,靜力PDA方法偏于保守。采用PDA方法和豎向IDA方法,均發(fā)現(xiàn)填充墻結(jié)構(gòu)的魯棒性指標(biāo)要比純框架結(jié)構(gòu)的魯棒性指標(biāo)大20％至50%,填充墻從一定程度上提高了結(jié)構(gòu)的魯棒性。
　　(5)為了研究RC空間框架填充墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌易損性,考

7、慮了結(jié)構(gòu)性能不確定性的影響,采用改進(jìn)的拉丁超立方體抽樣法,分別獲得了100個(gè)性能不同的框架填充墻結(jié)構(gòu)和純框架結(jié)構(gòu)樣本,并對(duì)其采用PDA和豎向IDA方法進(jìn)行了易損性分析。結(jié)果表明:對(duì)于RC空間純框架結(jié)構(gòu)及框架填充墻結(jié)構(gòu),采用PDA方法和豎向IDA方法,均發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的概率小于0.1%;對(duì)比RC空間純框架結(jié)構(gòu)和框架填充墻結(jié)構(gòu)得出的易損性曲線,發(fā)現(xiàn)在同一荷載α(D+0.25L)作用下,填充墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌概率要遠(yuǎn)小于純框架結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒