钢筋混凝土框架结构抗连续性.docx

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钢筋混凝土框架结构抗连续性

钢筋混凝土框架结构抗连续性

倒塌性能研究

重庆大学硕士学位论文

学生姓名：

曹培

指导教师：

刘立平副教授

专业：

土木工程

学科门类：

工学

重庆大学土木工程学院

二〇一一年五月ReseachonTheProgressiveCollapses

ResistancePerformanceofReinforced

ConcreteFrameStructure

AThesisSubmittedtoChongqingUniversity

inPartialFulfillmentoftheRequirementforthe

DegreeofMasterofEngineering

By

CaoPei

SupervisedbyAssProf.LiuLiping

Major：

CivilEngineering

CollegeofCivilEngineeringof

ChongqingUniversity,Chongqing,China

May2011摘要

自从1968年英国伦敦的RonanPoint公寓因煤气爆炸而引发的连续性倒塌事

故发生以来，尤其是纽约世贸大楼在“9.11”事件中的连续性倒塌事故发生后，引

起了世界各国对如何保证建筑结构在意外事件下抗连续性倒塌能力的高度重视。

钢筋混凝土框架结构（简称为“RC框架结构”）是当前在我国应用最为广泛

的结构体系之一，其安全性问题不容忽视。

本文以钢筋混凝土框架结构为研究对

象，在理论分析的基础上找出影响钢筋混凝土框架结构抗连续性倒塌性能的主要

因素并设计算例，采用连续倒塌分析的备用荷载路径方法，考虑结构的材料非线

性和几何非线性，对框架结构的连续性倒塌进行数值分析。

通过研究，确定各个

影响因素对框架结构抗连续性倒塌性能的影响程度和规律，给出有关提高框架结

构抗连续性倒塌性能的设计建议。

本文的主要研究工作如下：

①简要介绍了建筑结构连续倒塌的研究背景和意义，从连续性倒塌规范与指

南修订情况、抗连续性倒塌性能评价研究、抗连续性倒塌设计方法研究和倒塌仿

真与试验研究四个方面总结了国内外研究现状。

②对备用荷载路径法使用中所涉及的几个关键问题结合国外规范进行了总

结和介绍，并指出了其中的注意事项，供研究和设计人员参考并为本文后续的分

析工作做了铺垫。

③采用备用荷载路径法中的非线性静力和非线性动力分析方法，对按中国规

范设计的多个无支撑RC框架结构算例进行抗连续性倒塌性能分析。

考察了跨数、

跨距、楼层数和抗震设防烈度的不同对无支撑RC框架结构抗连续性倒塌性能的影

响。

④采用备用荷载路径法中的非线性动力分析方法以一幢10层RC框架结构为

研究对象，对比分析水平支撑增设在不同楼层的情况下，模型结构在局部构件破

坏后的抗倒塌性能。

⑤根据国内外抗连续性倒塌研究现状，结合我国建筑结构抗震规范中关于抗

震措施的相关规定，提出了提高结构抗连续性倒塌能力的措施。

通过以上研究，得到的主要结论如下：

①与移除柱子所在跨相邻的结构构件对于局部破坏发生时内力重分配的参

与贡献较大，有利于提高框架结构抗连续性倒塌能力；而与移除柱子所在跨远离

的结构构件对于其内力重分配的参与贡献很小，对提高框架结构抗连续性倒塌能

力作用较小。

②框架结构的抗连续性倒塌能力随着跨距的增加而降低。

③楼层数的增加会提高框架结构的抗连续性倒塌能力，这个规律在低烈度区

不太明显，而在高烈度区比较明显。

④只有当抗震设计起到控制作用时，框架结构的抗连续性倒塌能力才会随着

抗震设防烈度的提高而有效提高；而当非抗震设计起到控制作用时，框架结构的

抗连续性倒塌能力不会随着抗震设防烈度的提高而有效提高。

⑤对于位于水平支撑所在跨内柱子破坏的情况：

在RC框架结构二层增设水

平支撑相对于无支撑框架结构而言，可以有效减小破坏柱顶点处最大竖向位移，

同时还能减小与破坏柱子邻近的柱子中的轴力峰值，从而提高其抗连续性倒塌能

力。

对于位于水平支撑所在跨之外柱子破坏的情况：

在二层增设水平支撑对抗连

续性倒塌能力没有提高作用。

⑥对于位于水平支撑所在跨内柱子破坏的情况：

在RC框架结构二层增设水

平支撑相对于在其更靠上楼层增设支撑而言，能更有效的减小破坏柱顶点处最大

竖向位移，更有利于提高抗连续性倒塌性能；在RC框架结构顶层增设水平支撑相

对于在其更靠下楼层增设支撑而言，能更有效加强周边构件的联系并且提高当局

部构件破坏时竖向荷载重分布的能力，同样有利于提高抗连续性倒塌性能；在RC

框架结构二层和顶层同时增设水平支撑可以综合体现以上两种有利作用。

对于位

于水平支撑所在跨之外柱子破坏的情况：

不同的支撑增设情况对抗连续性倒塌性

能均无提高作用。

关键词：

连续性倒塌，框架结构，备用荷载路径法，非线性分析，影响因素ABSTRACT

SincetheprogressivecollapseoftheRonanPointapartmentbuildingcausedby

gasexplosioninLondonin1968,especiallyaftertheprogressivecollapseofWTC

buildingscausedbyterroristattacksinNewYorkCityinthe“9.11”event,high

attentionhavebeenpaidbyvariouscountriesabouthowtoguaranteetheabilityofthe

buildingstructurestoresistprogressivecollapseasaresultofaccidentalevents.

Atpresent,thereinforcedconcreteframestructure（“RCframestructure”forshort）

isoneofthemostextensivestructuralforminourcountry.Itssafetyproblemcannotbe

ignored.Inthisstudy,reinforcedconcreteframestructureistakenastheresearchobject.

Thefactorsinfluencingprogressivecollapseofaframestructurewillbedetermined

throughtheoreticalanalysis.Then,theexamplesaredesigned.Thealternatepath

methodwillbeusedinthenumericalsimulationoftheprogressivecollapse.The

numericalsimulationmethodwilltakeintoaccountofthematerialandgeometrical

nonlinearproperties.Throughthestudy,determinethefactorsinfluencingprogressive

collapse.Finally,thedesignrecommendationsforprogressivecollapseresistanceof

framestructureswillbeproposed.

Themaincontenthereinisasfollows:

①Brieflyintroducedthestudybackgroundandsignificanceoftheprogressive

collapseofbuildingstructure,researchstatusathomeandabroadaresummarizedfrom

thefollowingfouraspects:

revisionoftheprogressivecollapsestandardsandguidelines,

researchonperformanceevaluationofresistprogressivecollapse,researchondesign

methodofresistprogressivecollapse,collapsesimulationandexperimentalstudy.

②Severalkeyproblemsconcerningtheuseofthealternatepathmethodare

summarizedandintroducedwithreferencetotheforeigncodes,andthenoticeitemsis

pointedout,providingsomereferencestothestudyanddesignstaffandprovidinga

basisforsubsequentanalysesworkofthispaper.

③Byusingnonlinearstatic（NS）analysisandnonlineardynamic（ND）analysis

ofthealternatepathmethod,theperformanceofresistprogressivecollapseofthe

examplesofRCframestructureswithoutsupportdesignedbyChinesestandardare

analysed.TheeffectsoftheperformanceofresistprogressivecollapseofRCframe

structureswithoutsupportareinvestigatedbysettingdifferentstoreynumber,span

number,spanlengthandseismicfortificationintensity.④Byusingnonlineardynamic（ND）analysisofthealternatepathmethod,taking

aRCframestructureoftenlayersasresearchobject,theperformanceofresist

progressivecollapseoftheexamplesofRCframestructuresfordifferentcasesforthe

brace-settingarecompared.

⑤Accordingtoresearchstatusresistprogressivecollapseathomeandabroad,

combiningtherelatedprovisiono