基于pulldown分析的平面和三维L形钢筋混凝土框架结构连续倒塌评估

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在拆除构件法中,允许采用非线性静力(Nonlinear Static,简称NS)分析来代替非线性动力(Nonlinear Dynamic,简称ND)分析进行连续倒塌评估。为了模拟动力放大效应,规范的NS方法需要将失效柱所在及以上所有楼层的均布荷载放大,因此不便用于高层复杂结构。而pulldown分析采用在失效柱顶端额外施加一个向下集中拉力的方式来模拟动力效应,使其更易于应用。但pulldown分析自提出以来相关研究较少,对于钢筋混凝土框架结构,pulldown分析是否能够代替ND分析用于连续倒塌评估,尚需深入研究。另外,NS分析和pulldown分析需要动力放大系数(Dynamic Increase Factor,简称DIF)来确定其荷载放大程度。目前主要是使用位移参数和内力参数来研究DIF并拟合出计算公式:位移参数公式与结构当前荷载水平无关;内力参数公式不便用于钢筋混凝土结构和高层复杂结构。而且关于不规则结构动力效应的系统研究较少。基于此,本文进行了如下的研究工作:
  首先,本文介绍了易伟建教授所做的钢筋混凝土平面框架连续倒塌试验,并使用SAP2000对该试验进行了模拟,模拟结果和试验结果基本吻合,因此可基于SAP2000有限元分析软件建立的钢筋混凝土框架结构数值模型来模拟其连续倒塌行为。
  然后,使用SAP2000,将ND分析、NS分析以及pulldown分析应用于多个平面和三维L形钢筋混凝土框架结构的连续倒塌评估。以ND分析产生的塑性转角作为准确性的标准,分别从跨度、抗震设防烈度、失效层数以及荷载大小这四个方面来比较pulldown分析和NS分析在平面和三维L形钢筋混凝土框架结构中的准确性和反应特点。结果表明,pulldown分析和NS分析的主要区别在于轻度荷载作用下塑性程度较轻时。随着荷载增大,塑性程度增加,静力分析的相对误差会迅速减小,两个静力分析基本相当。所以,pulldown分析可以和NS分析一样作为ND分析的一种静力替代方法用于连续倒塌分析。因此接下来需要研究pulldown分析的动力放大系数。
  最后,使用SAP2000,以剩余结构的当前荷载pushdown分析曲线屈服位移对应的荷载系数(Load Factor,简称LF)的倒数1?LFy作为参数分析钢筋混凝土结构非线性对于动力放大系数的影响,并据此拟合出了关于1?LFy的DIF计算公式。该参数公式不但能反映当前荷载水平,而且使用更方便,尤其对于高层复杂结构。通过比较两种静力分析的DIFNS和DIFP计算公式可知,对于三维框架,DIFNS和DIFP+1基本相等;而对于平面框架,只有当1?LFy>0.7时,DIFNS和DIFP+1才基本相等。因此对于三维框架,可以将DIFP+1作为DIFNS使用,实现两种静力分析的互相转换。通过比较两种静力分析的平面和三维DIF计算公式可知,两种静力分析的平面和三维DIF拟合曲线都很一致,因此,可以将平面和三维的DIF计算公式都统一成三维的DIF计算公式。
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