钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能评估与设计原理研究

建筑结构的整体安全性一直是建筑结构设计的首要问题。并已成为结构工程界关注的热点。建筑结构在承受爆炸、撞击、火灾等突发事件引发的偶然极端荷载作用时，结构可能发生局部甚至大面积的不成比例的倒塌，由此引发大量的人员伤亡以及巨大的经济损失，并会对社会造成恶劣的政治影响。本基金项目以抗爆抗冲击为研究背景，以平面框架、空间框架为研究对象，完成了一系列结构在遭遇柱失效情况下结构抗倒塌试验，其中包括静力试验、动力试验以及采用自制冲击加载装置进行的低速冲击试验。基于试验数据，采用有限元软件Atena、Ls-dyna、编制非线性时程分析程序等方式进行数值分析计算，并以抗倒塌设计与评估为研究目的，对钢筋混凝土框架结构连续倒塌过程中动力效应问题进行了探讨和研究。本项目以试验、数值模拟以及面向应用的简化计算与分析方法的思路来进行研究，基于试验研究，获得了钢筋混凝土框架在静力、动力荷载作用下的受力性能，掌握了动力（冲击）作用对钢筋混凝土结构受力性能的影响，建立了钢筋混凝土框架结构在局部破坏发生后的计算模型，提出了相应的分析方法并用试验数据对分析计算方法进行了验证。 2100433B

倒塌是结构破坏的一种极端情况，是建筑结构设计所力图避免出现的灾难性后果。本项目以钢筋混凝土框架结构为研究对象，在对结构遭受柱失效情况下的抗倒塌性能深入研究的基础上，基于敏感性分析研究了替换荷载路径原理与安全评估方法、基于能力需求曲线方法的抗倒塌性能评估方法以及基于位移的抗倒塌设计方法。项目研究主要内容为现浇空间钢筋混凝土框架结构的抗倒塌试验与梁柱结构对比试验、结构抗倒塌全过程数值模拟分析、替换荷载路径原理与评估方法以及抗倒塌性能评估方法与设计方法等。项目研究主要目标为深入掌握钢筋混凝土空间框架结构在快速移除过程中与之后的抗倒塌性能，基于最大限度耗尽结构承载能力来保证结构不发生倒塌情况下，研究结构的抗倒塌性能评估方法以及替换荷载路径评价标准，建立框架结构抗连续倒塌设计体系。

本项目拟以竖向单自由度变形假设为前提，以APM和EPP相结合的分析方法为手段，研究钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能的简化评估方法。通过理论分析、模型试验和数值模拟，明确在不同区域单个柱缺失条件下，钢筋混凝土梁和板构件在不同受力或变形阶段的抗连续倒塌受力机理和抗连续倒塌性能，建立其静力抗连续倒塌简化反应曲线，并基于能量守恒原理，建立其抗连续倒塌简化能力曲线。基于叠加原理，根据各个构件的抗连续倒塌简化能力曲线，及极限状态下构件间的变形协调，建立整体框架结构的抗连续倒塌简化能力曲线。将其与结构的需求曲线比较来判断结构的抗连续倒塌性能，并通过框架模型结构连续倒塌试验和已有连续倒塌事故记录进行验证。项目成果可用于不同钢筋混凝土框架结构在不同区域柱缺失情况下，抗连续倒塌性能的准确快速评估，具有重要的理论意义和工程应用价值；并可为此类结构的抗连续倒塌设计提供参考。

房屋结构在遭受偶然荷载与作用时，如发生连续倒塌，将造成人员伤亡和财产损失，是对安全的最大威胁。“9.11”事件的惨痛教训，已经引起全世界土木工程技术人员的极大震惊。因此，开展建筑结构连续倒塌研究，已引起世界各国政府和科技工作者的重视。本项目针对钢筋混凝土框架结构竖向连续倒塌的全过程、破坏模式和抗倒塌机制等问题开展系统深入的试验研究、数值模拟和理论分析。分别基于梁柱子结构（两跨梁、三根柱组成，且中柱缺失）和空间框架结构（中柱或边柱缺失），探讨了钢筋混凝土梁构件和板构件在不同竖向连续倒塌阶段的破坏模式和抗倒塌作用机制，建立了梁柱子结构和空间框架结构的抗连续倒塌力学模型，分别给出了其极限倒塌抗力的计算方法，并基于能量守恒原理，建议了钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能简化评估方法。本项目研究成果对于进一步丰富与完善我国钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计规程及连续倒塌评估理论提供重要的理论依据和技术支持。 2100433B

由于偶然作用导致的结构连续倒塌破坏可能产生严重的社会经济后果。偶然作用包括强烈地震、火灾、恐怖袭击以及人为意外事故等。本项目以钢筋混凝土框架结构为对象，在对结构抗倒塌性能深入研究的基础上，提出抗倒塌性能的简化分析方法、统一的抗震和抗倒塌构造措施和综合抗灾设计方法。项目研究的主要内容为钢筋混凝土框架结构和梁柱组合单元抗倒塌试验和拟动力试验技术，结构在极限变形条件下的非线性分析，结构抗倒塌简化分析方法和统一构造措施，基于非概率集合模型的结构倒塌危险性分析，基于性能的结构综合抗灾设计方法等。项目研究的主要目标是深入掌握钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能，综合结构抗震设计的大震不倒原则，提出不显著增加结构造价而将结构倒塌破坏风险减少到最低程度的综合抗灾设计方法。 2100433B