这几天小编在整理资料的时候偶然间看到了硕士期间的所做的关于加拿大魁北克大桥垮塌事故分析的PPT,今天想借着这起百年前震惊世界的工程事故来继续谈一谈工程中的抗倒塌设计。
下面还是首先来回顾一下基本原理和概念:
结构的连续性倒塌是指因意外事件或严重超载而造成部分构件丧失承载力而退出工作,从而引起连锁反应,导致与失效破坏构件相连的剩余构件连续破坏产生整体倒塌。
当结构的局部构件破坏失效退出工作后,破坏范围将在水平向和竖直向发展扩大,其中破坏沿竖直方向发展更为突出。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和竖直方向蔓延,最终导致结构发生大范围的倒塌,甚至是整体倒塌。因而《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.12节要求,可用拆除构件法来分析结构抗连续倒塌的能力。当拆除关键构件后,结构可以经过内力重分布形成新的荷载传递路径,剩余结构构件超载力满足要求时,说明此结构具有抗连续倒塌能力;若拆除构件后结构发生大的变形或者其他构件发生破坏则需要验算在关键构件表面施加80kN/m2侧向偶然作用设计值后的承载力,若满足构件承载力要求也可以说此结构具有抗连续倒塌能力。
考虑到间接设计法难以准确的评估结构抗连续倒塌的有效性,现阶段我国常用的方法还是直接设计法(包括拉结强度法和拆除构件法)。现在MIDAS、SAP2000、ABAQUS、ANSYSLS-DYNA等分析软件基本都可以进行线性以及非线性的抗连续倒塌分析。比如,贵阳201大厦,采用MIDAS 软件对其子结构的敏感构件进行线弹性拆杆分析,分别拆除四根有效杆件后评估其抗倒塌能力。新广州站(见图(a))应用SAP2000线性动力计算方法对其大跨度索拱结构屋盖体系分别进行了角柱、中柱、索拱的等效荷载卸载,评定出结构的抗倒塌能力较高。北京新机场航站楼屋盖钢结构工程(见下图2)考虑了材料非线性、几何非线性及生死单元,使用了ABAQUS的Standard-Dynamic 和Explicit-Dynamic两种时程计算分析模块,模拟6组C形柱失效后对结构承载力稳定性的影响。
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