【導(dǎo)讀】失效，然后其他毗鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件次第失效直到整個建筑失效。本文通過對比各國的相關(guān)規(guī)范，得到各國對抗連續(xù)倒塌的研究現(xiàn)狀，從而提出本文研究的主要內(nèi)容。本文詳細(xì)介紹了型鋼。知悉它在未來的發(fā)展前景。通過研究相關(guān)規(guī)范提出本論文的建立了六層型鋼混凝土框架模。通過了解相關(guān)研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了本文的研究方法—拆除構(gòu)件法和線性分析法，結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的影響、板厚對結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力有著加強(qiáng)的作用等結(jié)論。文章旨在初步認(rèn)識型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌抗力性能表現(xiàn)，忽略了一。些模型次要因素，希望能對我國型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設(shè)計提供基礎(chǔ)參考。

　　

【正文】 用結(jié)點(diǎn)待定位移的一個合理、簡單的坐標(biāo)函數(shù)來表 示，這一坐標(biāo)函數(shù)稱為位移模式或位移函數(shù)。 （ 3）單元特性分析 確定了單元位移模式之后，即可進(jìn)行以下三方面工作： ① 利用幾何方程（應(yīng)變位移關(guān)系）將單元中任一點(diǎn)的應(yīng)變用待定結(jié)點(diǎn)位移來表示。 ② 利用物理方程（應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系）導(dǎo)出用單元結(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)力矩陣方程。 ③ 利用虛位移或最小勢能原理建立剛度方程。 （ 4）集成所有單元的特性，建立整個結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)平衡方程 采用如桿系結(jié)構(gòu)矩陣分析一樣，利用直接剛度法“對號入座”集成整個結(jié)構(gòu) 的整體剛度矩陣和綜合等效結(jié)點(diǎn)荷載列陣（包括直接結(jié)點(diǎn)荷載與等效結(jié)點(diǎn)荷載兩部分），從而建立結(jié)構(gòu)整體剛度方程。 （ 5）解方程組和計算輸出結(jié)果 對于線性問題，整體剛度方程式將是一組線性代數(shù)方程組，一般是高階方程組。由于整體剛度矩陣的高階、帶狀、稀疏和對稱的特性，在有限單元法發(fā)展過程中，研究建立了許多不同的存貯方式和相應(yīng)計算方法，利用它們可以解出全部未知位移（對于非線性分析，則要通過一系列的步驟，逐步修改剛度矩陣或荷載列陣，用相應(yīng)的算法才能獲得解答）。求出位移后，可以進(jìn)一步計算應(yīng)力（或內(nèi)力），并用數(shù)表或圖形方式輸出整 理后的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上再結(jié)合具體問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 sap2021 軟件簡介 SAP2021 中文版是一個集成化的通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件，它可以對建筑結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、橋梁、管道、大壩等不同體系類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計，也可以根據(jù)需要完成世界大多數(shù)國家和地區(qū)的結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計。 SAP2021 是由美國 Computers and Structures Inc.(CSI) 公司開發(fā)研制的通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件。 SAP2021 已有近 40 年的發(fā)展歷史，是美國乃至全球公認(rèn)的結(jié)構(gòu)分析計算程序，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 19 SAP2021 的特性還體現(xiàn)在集成化的軟件環(huán)境，也就是結(jié)構(gòu)建模、分析和設(shè)計的所有工作都是在同一界面中完成的，并且所有的數(shù)據(jù)都是在同一數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行的，不需要數(shù)據(jù)的相互傳輸。 下面對該軟件的主要功能做簡單介紹： （ 1） SAP2021 以完全空間方式建立模型，建模方式具有靈活、快速、直觀的特點(diǎn)。集成化的操作界面大大簡化了建模過程的操作步驟，針對對象的操作將模型完全圖形化、空間化，將模型的建立過程簡化為直觀的圖形繪制過程。 （ 2）從 SAP5 到 SAP2021，作為土木工程界通用的有限元程序，強(qiáng)大的分析功能一直是 SAP 系列軟件的 最大特色。其分析精度，尤其是動力分析的精度使它保持著業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的地位。 SAP2021 的分析類型包括線形靜力分析、非線形靜力分析、線形動力分析、非線形動力分析、移動荷載分析、多步靜力分析、屈服分析、頻域分析等。 （ 3） SAP2021 是一個集成化的分析設(shè)計軟件，它在結(jié)分析運(yùn)算之后，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括：鋼框架設(shè)計、混凝土框架設(shè)計、鋁框架設(shè)計、冷彎框架設(shè)計。同時，對于各種結(jié)構(gòu)類型的混合結(jié)構(gòu)也可以進(jìn)行一體化的設(shè)計。現(xiàn)在 SAP2021 對于鋼框架和混凝土框架的設(shè)計功能已經(jīng)貫入了中國規(guī)范，可以運(yùn)用中國規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。同時 ，在 SAP2021 中可以用多國規(guī)范對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計校核，滿足工程師和研究人員的不同要求。 綜上 ， sap2021 是一個很強(qiáng)大的土木工程設(shè)計分析軟件，本論文將采用 sap2021 進(jìn)行建模、分析 [11]。 建立分析模型 抗連續(xù)倒塌設(shè)計與一般結(jié)構(gòu)設(shè)計不同。一般結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、抗震等防災(zāi)設(shè)計中，考察的是整個完好結(jié)構(gòu)抵御災(zāi)害荷載的能力。而結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計中考察的是因意外事件導(dǎo)致部分構(gòu)件失效退出工作后，剩余結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力，其設(shè)計目標(biāo)和計算模型與一般結(jié)構(gòu)設(shè)計情況有所不同。 為準(zhǔn)確的確定結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力，拆除構(gòu)件設(shè)計方 法有兩個關(guān)鍵問題需要解決 : （ 1） 結(jié)構(gòu)倒塌過程的復(fù)雜性。 結(jié)構(gòu)的倒塌破壞是一個非常復(fù)雜的非線性動力過程，而結(jié)構(gòu)的非線性動力計算代價高昂且對設(shè)計人員也有很高要求。故目前較為先進(jìn)的規(guī)范都根據(jù)建筑物的復(fù)雜程度和重要性等級建議了不同的倒塌過程模擬方法。對于特別復(fù)雜或特別重要的建筑物，需要采取非線性動力計算。而對于其他建筑物，可以采用線彈性靜力、線彈性動力、非線性靜力等近似鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 20 計算方法。并通過引入動力放大系數(shù)、強(qiáng)度折減系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來近似考慮結(jié)構(gòu)倒塌的動力過程和彈塑性影響。就我國目前工程實(shí)踐情況而言，宜可參考此類做法。故 本文重點(diǎn)研究了拆除構(gòu)件分析的線彈性靜力計算，并以此分析結(jié)果為依據(jù)，給出線彈性靜力計算模型和設(shè)計方法。 （ 2） 初始破壞構(gòu)件的不確定性。 實(shí)際結(jié)構(gòu)的構(gòu)件眾多，如果再考慮多個構(gòu)件組合，則構(gòu)件失效的工況數(shù)將非常龐大，對所有工況逐個進(jìn)行分析實(shí)際上難以承受。目前各國規(guī)范通行方法是，每次分析只考慮一個構(gòu)件退出工作，且只考慮易遭受破壞的豎向受力構(gòu)件。同時允許設(shè)計人員根據(jù)工程具體情況判斷易遭受破壞構(gòu)件的風(fēng)險，增加分析工況。在沒有更充分依據(jù)的情況下，本文也參照此做法，按照國外規(guī)范通行的拆除構(gòu)件順序，從頂層到底層，依次拆除每層的 長邊、短邊中柱和角柱以及底層的中間柱。 所謂的結(jié)構(gòu)具有抵抗連續(xù)性倒塌的能力包括以下幾點(diǎn) ： 結(jié)構(gòu)抵抗意外荷載的能力 ； 移除關(guān)鍵構(gòu)件后荷載重分布的能力 ； 關(guān)鍵構(gòu)件承載力。將理論知識與有限元軟件相結(jié)合 ， 運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆治龇椒?， 有效結(jié)合計算機(jī)應(yīng)用軟件 ， 對結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的全過程進(jìn)行模擬 ， 并加以分析 ， 是業(yè)界研究的熱點(diǎn)。木章采用拆除構(gòu)件法，應(yīng)用 線性靜力分析 ， 確定關(guān)鍵構(gòu)件拆除對結(jié)構(gòu)造成的影響 [12] [13]。 （ 3） 通過以上分析，本模型設(shè)計資料如下： 混凝土采用 C35 等級；鋼材采用 Q235 等級。本模型為兩跨、四個開間、六層型鋼混凝 土框架結(jié)構(gòu)，層高均為 4m，進(jìn)深為 8m，開間為 6m，如圖 所示。 13 層柱子采用KJZ1，如圖 所示，邊長為 ，內(nèi)部采用箱型截面型鋼，邊長為 ，壁厚為 ； 46 層柱子采用 KJZ2，如圖 所示，邊長為 ，內(nèi)部采用箱型截面型鋼，邊長為 ，壁厚為 ；框架的梁均采用 KJL，如圖 所示，高寬為 ，內(nèi)部采用箱型截面型鋼，高寬為 ，壁厚為 ；樓板采用薄殼類型，采用 C35混凝土， 膜和彎曲厚度分兩種情況：情況一、膜和彎曲厚度均為 100mm，情況二、膜和彎曲厚度均為 200mm。 對于框架梁受到恒荷載 2KN/m；對于樓面板和屋面板受到恒荷載 4kN/m， 受到活荷載2KN/m。荷載組合參照相關(guān)規(guī)范。 由 構(gòu)件截面及材料組成可以得到： KJZ1： My= M； KJZ2： My= KN M ； KJL= KN M。 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 21 圖 柱截面 圖 框架截面 模型 運(yùn)算 分析 模型一運(yùn)算分析 （ 1）靜力結(jié)構(gòu)分析 建立模型如圖 所示。進(jìn)行靜力分析， 在荷載條件下，和框架構(gòu)件均會產(chǎn)生內(nèi)力，在框架各截面中 選取最大的一個彎矩圖 ， 如圖 所示， 通過與構(gòu)件抵抗彎矩對比， 顯然所有構(gòu)件承受的彎矩均在構(gòu)件抵抗彎矩范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)正常運(yùn)行。 結(jié)構(gòu)在荷載條件下的 變形圖如圖 所示。 圖 框架模型 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 22 最大內(nèi)力框架截面彎矩圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 23 圖 4. 5 結(jié)構(gòu)變形圖 （ 2） 拆除長邊中柱 拆除長邊中柱后，通過內(nèi)力對比，得 到橫向截面中 彎矩 最大最大截面 如圖 所示 。與構(gòu)件抵抗彎矩比較，并考慮動力放大系數(shù)可知， 梁中間節(jié)點(diǎn)的彎矩均大于 2 倍梁抵抗彎矩，顯然第一層的梁中間節(jié)點(diǎn)處已經(jīng)發(fā)生破壞。縱向截面 中彎矩最大截面 如圖 所示 ，由圖看出，縱向截面框架梁中間節(jié)點(diǎn)第一層至第二層彎矩大于 倍梁抵抗彎矩，發(fā)生破壞。結(jié)構(gòu)變形如圖 所示。 圖 橫向截面最大彎矩圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 24 圖 縱向構(gòu)件最大彎矩圖 圖 框架變形圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 25 （ 3） 拆除短邊中柱 拆除短邊中柱后，對比框架中各截面彎矩，可以得到 橫向 截面 彎 矩最大截面 如圖 ，通過與構(gòu)件抵抗彎矩對比，并考慮適當(dāng)放大系數(shù)可知， 構(gòu)件沒有破壞?？v向 截面 彎矩最大截面 如圖 ，破壞柱正上方的一到三層節(jié)點(diǎn)彎矩大于 倍抵抗彎矩，發(fā)生破壞，移除柱子正上方第六層柱腳處發(fā)生破壞。結(jié)構(gòu)變形如圖 。 圖 橫向截面最大 彎矩 圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 26 圖 縱向構(gòu)件截面最大彎矩圖 圖 圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 27 （ 4） 拆除角柱 拆除角柱后，通過對比分析，框架結(jié)構(gòu)中橫向截面彎矩最大截面 如圖 ， 通過與構(gòu)件的抵抗彎矩并 考慮動力放大系數(shù)分析可知， 構(gòu)件均未發(fā)生破壞。 對比縱向截面，彎矩最大截面 如圖 ， 通過分析可知， 破壞柱子上方第三層節(jié)點(diǎn)處彎矩大于抵抗彎矩的 倍，發(fā)生破壞；移除柱子正上方第 6 層柱頂發(fā)生破壞。變形圖如圖 所示。 圖 橫向構(gòu)件截面最大彎矩圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 28 圖 圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 29 （ 5） 拆除內(nèi)部中間柱子 拆除內(nèi)部中間柱子后，通過對比各橫向截面 彎矩，得到彎矩最大 截面 彎矩圖 如圖 ，1—5 層邊框節(jié)點(diǎn)處彎矩均大于抵抗彎矩的 2 倍，所以這些構(gòu) 件全部破壞，整體發(fā)生破壞。縱向最大彎矩截面如圖 所示，由圖可知，梁中間節(jié)點(diǎn) 1—6 層彎矩均大于抵抗彎矩的2 倍，故均發(fā)生破壞；移除柱子兩側(cè)柱子 26 層截面節(jié)點(diǎn)均發(fā)生破壞。變形圖如圖 所示。 如圖 橫向構(gòu)件截面最大彎矩圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 30 圖 圖 構(gòu)件變形圖 鄭州大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 局部失效作用下 SRC 框架抗連續(xù)倒塌建模分析 31 模型二 運(yùn)算分析 因?yàn)槠邢?，不再一一列出模型受力及變形圖 。 （ 1） 拆除長邊中柱后，所有構(gòu)件均未發(fā)生破壞，破壞大大減輕。 （ 2） 拆除短邊中柱后移除柱子正上方第 56 層柱腳發(fā)生破壞；其他均為發(fā)生破壞。柱子破壞稍微加劇但梁的破壞大大減輕。 （ 3） 拆除角柱后，移除柱子截面中間柱子第 6 層柱頂發(fā)生破壞，其他構(gòu)件均為發(fā)生破壞。破壞大大減輕。 （ 4） 拆除內(nèi)部中柱后，橫向截面均無破壞，縱向截面構(gòu)件移除柱子緊鄰兩根柱子 26 層節(jié)點(diǎn)均發(fā)生破壞。破壞減輕 [14]。 混凝土框架結(jié)構(gòu)的 抗連續(xù)倒塌研究 由于文章篇幅限制，為了對比相同條件下 SRC 和 RC 框架結(jié)構(gòu)對連續(xù)倒塌的抵抗能力，參考了 中建國際 (深圳 ) 設(shè)計顧問有限公司 的賀軍利 [15]曾經(jīng)做過 的類似 研 究。 以下為他的一些建模情況： （ 1） 模型建立 運(yùn)用拆除構(gòu)件法分析連續(xù)倒塌工程實(shí)例。某醫(yī)院精神衛(wèi)生中心為一 6 層、局部 7 層框架結(jié)構(gòu)，有一層地下室，平面輪廓尺寸為 93.