钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌性能评估简化方法研究

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

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。

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。

结构连续倒塌是指结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效，继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的、不成比例的倒塌破坏。建筑结构抗连续倒塌近年来在欧美国家得到了广泛关注，并颁布了相关的设计标准。我国迄今还没有制定有关结构抗连续倒塌的标准。鉴于国际形势发展的需要和国内许多有关国计民生重大建筑有待建设，结构抗连续倒塌设计更显迫切和重要。本项目拟通过归纳、总结各种结构构件在各种偶然荷载作用下失效全过程，通过动力非线性计算分析摸清失效后剩余结构的工作性能与机理，提出结构抗连续倒塌相关设计理论和结合我国特色的计算方法、构造措施。本项目研究成果对我国结构抗连续倒塌设计具有十分重要的理论指导意义和应用前景。 2100433B

结构抗连续倒塌设计是指结构因偶然荷载造成结构局部破坏失效，继而引起失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。

作用

对于某些比较重要的建筑结构，工程师在建筑结构设计时有责任防止结构连续性倒塌的发生，对其进行结构抗连续倒塌设计，保证结构在一定安全可靠度之下具有抵抗连续性倒塌的能力，当偶然荷载造成结构局部破坏时，结构能够通过多种荷载路径内力重分布阻止破坏过大范围的蔓延，尽可能减少人员的伤亡和结构的破坏程度。 2100433B