板厚度与梁柱线刚度比对框架结构抗连续倒塌设计的研究

摘要

随着自然灾害、恐怖袭击和意外事件这些外在因素的不断增加，建筑结构因为偶然荷载作用下的连续倒塌事件也在不断的增加之中，其中包括英国Ronan Point公寓因爆炸引起的倒塌事件、汶川地震中建筑结构连续倒塌事件等。因为建筑结构一旦发生连续倒塌，会造成了很严重人员伤亡和重大的财产损失，所以这些连续倒塌引起了国内外的学者对建筑结构连续倒塌问题的广泛注意。早在上世纪六十年代，国外的学者便因为Ronan Point公寓的连续倒塌时间的发生开始了对建筑结构抗连续倒塌性能进行了研究，并且在规范中系统的提出了结构抗连续倒塌的设计方法、分析方法，所以到现在，已取得了很大的成果。虽然国内的学者对于建筑结构的抗连续倒塌性能研究起步比较晚，在这方面的研究却已经取得了很大的进展，并且我国规范也给出了关于抗连续倒塌性能方面的设计原则，但关于建筑结构的抗连续倒塌性能的研究还有很大的空间，需要不断地去探索。本文主要针对梁柱线刚度比以及楼板的厚度大小对于钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能进行研究。　　本文主要运用拆除构件法的设计方法，利用ANSYS/LS-DYNA有限元计算软件对一个六层三跨的钢筋混凝土框架结构模型进行模拟和分析，分析了改变梁柱线刚度比以及改变楼板厚度对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能的影响。本文主要做的工作如下：　　（1）对建筑结构连续倒塌的概念、背景以及研究现状做了简要的介绍，并且介绍了梁柱线刚度比以及楼板的厚度大小对建筑结构抗连续倒塌性能的重要性。　　（2）利用了有限单元法的基础理论和ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了钢筋混凝土框架结构模型，选用了合适的梁柱单元、板单元和地基单元，并对整个框架结构进行合理的网格单元尺寸划分，实现了拆除构件法，并对钢筋混凝土框架结构连续倒塌进行了有效的模拟。　　（3）建立了一个六层三跨的钢筋混凝土框架结构模型，分别考虑梁在保证“强柱弱梁”和规范要求取值范围内，梁取最大值和最小值对钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能影响。分析结果表明，若在规范要求内，增加梁的大小即增加梁柱线刚度比，能够增加结构的稳定性并且能明显有效的增加钢筋混凝土框架结构抗震性能。说明梁柱线刚度比对钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能有重要的影响。　　（4）建立了一个六层三跨的钢筋混凝土框架结构模型，分别考虑板的厚度大小在规范要求范围内取最大值和最小值对钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能影响。分析结果表明，若增加楼板的厚度，钢筋混凝土框架结构倒塌的时间变缓，说明若增加厚度，能更有效的让楼板起到悬链拉结作用，延缓钢筋混凝土框架结构的连续倒塌的时间，有利于人们的逃生。所以楼板的厚度大小对钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能有着很重要的意义。　　（5）总结了梁柱线刚度比以及楼板厚度大小对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能的影响，并对提高钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能提出一些建议。

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第一章 绪论

1.1 结构连续倒塌研究的背景与意义

1.2 国内外对抗连续倒塌的研究现状

1.3 各国规范关于连续倒塌的规定

1.4 本文主要的研究内容

第二章 建筑结构抗连续倒塌的设计和分析方法

2.1 建筑结构抗连续倒塌的设计方法

2.2 建筑结构抗连续倒塌的分析方法

第三章 框架模型的建立

3.1 模型的建立

3.2 模型建立选用的软件

3.3 模型建立选用的梁柱单元

3.4 模型建立选用的板单元

3.5 模型建立选用的实体单元

3.6 柱单元失效的实现

3.7 荷载施加与边界条件

第四章 无板框架模型的分析

4.1 无板钢筋混凝土空间结构模型的建立及分析方法

4.2 梁取最小值时的空间框架抗连续倒塌性能研究

4.3 梁取最大值时的空间框架抗连续倒塌性能研究

4.4 本章小结

第五章 有板框架模型的分析

5.1 有板钢筋混凝土空间结构模型的建立及分析方法

5.2 板厚度取最小值的空间框架抗连续倒塌性能研究

5.3 板厚度取最大值的空间框架抗连续倒塌性能研究

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢