外文翻译-钢筋混凝土框架结构建筑物倒塌的稳健性评估.doc

1、XX大学毕业设计文献翻译与原文题目： 钢筋混凝土框架结构建筑物倒塌的稳健性评估 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx 年 四 月 钢筋混凝土框架结构建筑物倒塌的稳健性评估 Alessandro Fascetti , Sashi K. Kunnath , Nicola Nistic 摘要：一个由非线性静态和动态分析得出的新方法被提出，它用于比对钢筋混凝土框架结构建筑物抗连续倒塌的相对稳健性。该方法提供了评估一个建筑在突然失去一个或多个垂直承重部分时抗倒塌性一般方式。该方法的新颖之处在于连续动态+静态的方法，它能随着每个关键柱移除跟踪轴

2、向力的分布。“下压”分析作为基本的工具用于其中，它能估算结构因失去关键垂直部分而损坏后的剩余强度。该方法是用来开发两个鲁棒性指数并施加到两座建筑物上通过比较它们的抗连续倒塌性来证明程序的有效性，这称为本地健壮性评价（LRE）。1.介绍连续倒塌通常是一个或多个因过载或大负载的结构部分产生局部损坏而产生连锁反应的典型结果。负载的源和大小可能会变，但在超过承载部分的局部能力的情况下较大的部分或完整结构就可能发生损坏。连续和冗余结构通常能够吸收局部损伤;然而，建筑的抗倒塌性取决于很多因素，这些因素还需要用一个系统的、可靠的方式去确定。最近几年许多关于连续倒塌研究已经开展。现有的大多数研究集中于在组件水

3、平上的结构建模和用于负载表示及应用的方案上。该问题的正规解，必然包含一个伴随大位移非线性和材料非线性考量的非线性动态分析（NDA）。由于使用高仿真模型计算望困难，数值容易出现误差，宏模型成为钢筋混凝土结构倒塌模拟的首选，因为这种方法从工程的角度来看合理准确而且可重现结构的整体行为，当然这需要仔细校准模型。在这种背景下，“宏模型”是指一种由一维梁单元组成的结构的框架元素模型，这种一维梁单元有这沿构件长度上离散纤维截面。评估结构健壮性最常见的方法是变换载荷路径法（APM），已在GSA 5和UFC 6中讨论过。 APM不是精确地模拟负载，而是通过去出达到临界负载的承载件来评估该系统的抗倒塌性的简化方

4、法。但是，由于达到APM认可的结构可能仍然在倒塌的边缘，所以APM不能提供接近系统失效的信息。 Agarwal等人通过分析结构形式的连通性提出了一个结构脆弱性理论。通过静态下压分析，以及对节能的考虑，Abruzzo等人发现一个超过ACI完整性的要求，但专为低地震力设计的建筑，可能仍然容易受到连续倒塌的损坏。 Starossek 9开发出一种类型学和的基于可能导致倒塌的不同机制的分类。而一种基于决策分析理论和概率风险分析的鲁棒性评估框架是由Baker等人提出的 10。另一个简化架构，以量化的结构坚固性，提出了通过Izzuddin等人11，他们认为像能量吸收力、延展性和冗余这些因素不能独立地被作为

5、鲁棒性度量，但该架构被称作伪静态容量纳入三个参数是鲁棒性更可靠的指标。他们提出比较所述内部应变能（计算出来作为压力矢量和相应的位移的结果）以及重力载荷所做工。应变能等于外部做工的条件反应了目标的位移和连续倒塌分析中力的水平。静太下压方法已被Bao和Khandelwal等人用于在数值模拟以及钢筋混凝土框架的实验测试中。Tsai评估了不同模拟负载来近似的进行框架结构突然失去承载的连续倒塌分析。Xu和Ellingwood 把一种基于能量的非线性静力Pushdown分析用于评估系统脆弱性。虽然上述大部分参考文件解决不均匀的倒塌，但没有开发出能量化系统鲁棒性的具体方法。 Khandelwal 和 El-

6、Tawil的工作是为数不多试图量化结构鲁棒性的研究。他们建议使用的过载系数作为衡量一个系统的稳健性（过载系数是破坏载荷与标准重力载荷的比率）。他们提出三种不同的下压模拟方法：（1）均匀下压（UP）：整个受损结构的重力载荷成比例地增加直到其倒塌; （2）弯下压（BP）：其中重力载荷只增加受损弯度直到其倒塌; （3）（IDP）增量动态下压：包括了通过增加所要研究的弯处的重力荷载直到过载系数达到对应的失效损坏的弯度的连续动态分析。如该作者指出，因为通过放大结构上的负载的总和，UP是不能够得到抗连续倒塌阻力的详细信息。倒塌机制会在带远离初始损伤的地方被触发。出于这个原因，目前的研究提出了使用局部下压的

7、程序（类似于BP提出的）来量化在受损弯处的剩余性能。目前所有量化鲁棒性的工作一般包括APM的总体框架和尝试定义局部或全局的措施。下压分析中的评估参数包括需能比和局部水平延性能力以及表示系统剩余性能的负载或能量因素。大多数研究采用平面模型忽略立体效果，而立体模型能在抗倒塌性起着至关重要的作用。正如下面的章节中所示。认识到现有的研究和方法的优点和局限性，一个新的程序在这里被提出用来评估钢筋混凝土框架的抗连续倒塌性。局部鲁棒性评估（LRE）方法论基于下压程序和非线性时程模拟的结合，并提供一个简单而系统的方式来比较不同系统的鲁棒性。该方法的构思出来是因为认识到连续倒塌现象是受与最初触发事件相邻弯处动态

8、响应控制。此外，为了准确地评估一个建筑物倒塌的脆弱性，以及捕获随着局部破坏的非弹性响应和力的再分配，局部下压（LP）分析和NDA都将作为不可或缺的基本工具。所提出的方法的新颖之处在于序列非线性动态加静态的程序，它试图估计的局部损伤引起的内力重分布并提供建筑中的薄弱环节的概述（例如缺乏冗余或延展性）。更重要的是，连续倒塌可能是由不均匀机制被启动前的不同的局部失效而引起，LRE方法适合于捕捉这一方面，正因为它明确地考虑了所涉及的不同的失效机制，并识别了最关键的一个。以前的方法，如Khandelwal 和 El-Tawi提出的超负荷的因素提供了基于局部弯处损伤相对比较的鲁棒性度量。在所提出的方法中，

9、鲁棒性是通过一组确定在每一个阶段中最弱元件的顺序分析而测量出来，其结果然后被组合起来，以产生一个唯一的（最低）值，它代表一个性能的度量。该程序中获得的信息可以以不同的方式来定义的系统的结构的鲁棒性 - 文章内提出了两种可能的方案。2. 钢筋混凝土框架组件大位移问题钢筋混凝土梁结构的大位移的行为是由悬链作用支配。这种行为已在数值研究和本文前面提到的实验研究中得到证明。让一个两端固定的加强混凝土梁（如示于图1）承载垂直载荷，当达到其最大抗弯能力时其峰值负载将达到极限。如果梁的配筋固定得足够好，悬链作用就可以作为阻抗机制发挥作用，让梁超越大位移抗弯极限承载额外的垂直载荷。如果大位移悬链效果不能准确的

10、建模而且应变硬化难以被忽视，那就要降低其的作用了。悬链效应是一个增强抵抗力抑制倒塌的重要的机制。Su等人最近的实验已经证实了悬链效应在结构抗连续倒塌性能的作用。2.1下压分析非线性静态过程，它是常见于结构的地震评估的被称为“弹塑性分析”，其中被测结构承受一个单调增加的横向载荷模式直到形成失效机制。这依次提供了其元件中塑性链的形态及系统中超出地震要求所需强度和变形储备（如果有的话）的有价值信息。同样地，“下压分析”的概念已被用在数项连续倒塌模拟情况下的研究。下压分析是一个增量非线性静态过程，其中一个急剧增加的向下集中或分散的载荷施加到结构上直到发生倒塌。如前所述，两个主要的选项是可能用于下压载荷

11、的应用：整体或局部下压分析。这些方法的示意图分别如图2和图3。在局部受压时，重力负载方程a1* DL+a2* LL （DL和LL是在结构上与a1，a2相应的静和变载荷因子）保持不变而对应于失去承载梁的节点其集中荷载要乘以K（t）。在整体受压时，整个重力负载方程a1*DL+a2*LL乘以函数K（t）直到该结构失效。 K（t）是表示施加负载的单调线性函数;当然也可以考虑其它的施加位移的方程式。变量“t”表示时间。 图1图2 图33.建模的注意事项宏模型的方法被用于本研究中以模拟钢筋混凝土框架建筑物的大变形响应。如图Bao等人1这种方法是有效的，它适用于正确预测包括悬链的影响在内的RC组件的连续倒塌

12、行为。本文介绍的模拟用到了OpenSees18平台。使用该软件的主要优点是便于旋变换 19 ，这意味着可以计算二阶的精确几何变换。为了便于正确地表示相关的应变梯度，几种基于位移的结构元件被用于梁和柱的离散化中。每个元件有五个整合点。用来定义混凝土是Concrete02材料，它利用众所周知的肯特和Park 20模型中压缩和张力线性弹性变化，随后通过（见OpenSees的参考文件 18）。加强筋用允许三线定义变化的迟滞材料模拟。线性搜索算法能解出参与解决问题的非线性方程组，同时位移控制的集成方法已被用来模拟组件的响应。对建模标准的验证已通过比较模拟力和钢筋混凝土梁-柱组件变形响应结果完成，这些是B

13、ao等人所获得的结果 1。如图4所示的表明了所采用的建模方法是合理的。随着这种建模的验证，在局部稳健性评估（LRE）方法用于选择的案例研究之前，为了进一步了解对连续倒塌分析至关重要基本模型参数要进行更多的研究。Bao等人把先前的一个10层RC建筑的调查考虑到自己的研究中1。该调查中的两栋楼：1号楼被设计在严重的地震带（抗震设计D类按ASCE-7），而2号楼设计为低到中度地震带（即抗震设计类别C）。这两种结构的平面图及正视见图 5。设计细节告知了Bao等人1。在本节介绍的模型调查中用到的建筑是1号楼（SDC-D）。 图43.1二维与的三维建模 连续倒塌的建模是明显取决于在两个横向方向上的结构元件

14、对整体刚度的贡献。因此，一个二维（2D）平面框架模型将提供比三维（3D）模型的分析更加保守的的位移和系统阻力估计。为了证明这个效果，比较了二维和三维模型的失柱的位移响应（图6）和下压变形响应（图7）。在这些模拟中考虑的方案是把建筑物的最低楼层的F-3柱除去（参照图5）。图7纵轴所示的是被上述柱的轴向力（在其被去除之前）归一化的下压载荷，它被称为轴向载荷乘数（Ln）。可以看出，如果不考虑横梁的存在该平面模型就明显高估由柱失效引起的动态位移。更重要的是，二维分析不能正确地再现悬链效应。这种效应也是由两段受约束的梁支配，并且只有3D模型可以反应这种效应，很明显如图7。 图5图6、73.2板效应接着，楼板对响应的效果是通过简单的等效模型间接地调查出来。这些模型包括两个不同的结构模型部分。第一个考虑矩形梁部分（称为梁模型），而第二个考虑有效楼板（梁+板模型）。需要注意的是被除去的柱是外墙柱因此在这种情况下有效楼板仅在梁的一侧。图8中显示了建模部分的模拟结果。把楼板的结果放在更硬但有更高的强度的元件中（特别对于是该部分的顶部的承拉结构的负弯矩）。为了模拟板坯的效果，有改性材料性质的等效矩形梁被开发，以便获得到与梁+板模型相同的扭矩 - 曲率响应。在图8所示的三个扭矩 - 曲率分析的结果表明，该变性等效矩形截面对板效应在强度和刚度方面具有很好的代表性。这是板对悬链效应所做贡献的近似值