爆破荷载下连续性倒塌背景资料
地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌机理及破坏模式的研究
地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌机理及破坏模式的研究自从1968年英国公寓发生部分倒塌以来,连续倒塌已经成为土木工程中一个重要的研究领域,在过去的几十年中,它吸引了众多专家学者对其进行研究。
然而,他们主要研究的是地上结构的连续倒塌,并取得了丰硕的成果,但对地下结构的连续倒塌却鲜有研究。
随着建筑用地的日益紧张,越来越多的建筑物转入地下。
由于地下建筑物受力复杂,一旦建筑物的某根关键构件发生损坏,会导致非常严重的后果。
本文以爆炸动力理论、连续倒塌理论和地下结构的有限元法为基础,运用ANSYS/LS-DYNA软件,建立地下结构的三维模型,采用接触算法、侵蚀算法、流固耦合算法和应力初始化,对地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌机理及破坏模式进行了分析。
主要的研究工作及成果如下:(1)基于直接模拟法,提出了一种新的连续倒塌分析方法——改进的直接模拟法。
使用替代传力路径法、直接模拟法和改进的直接模拟法对地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌过程进行分析,并将所得结果进行了对比。
结果表明:替代传力路径法高估了结构的抗连续倒塌能力,改进的直接模拟法能够准确模拟地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌过程,它比直接模拟法更节约计算成本,便于工程应用。
(2)分别建立同一地下结构在内部不同位置爆炸的模型,以研究地下结构在内部不同位置爆炸时的连续倒塌过程。
结果表明:地下一层结构柱被炸断引起的后果比同一位置地下二层结构柱被炸断时更严重;同一楼层,中柱被炸断引起的后果最严重,边柱次之,角柱最小。
(3)分别建立同一层高不同埋深,以及同一埋深不同层高的地下结构内部相同位置发生爆炸的模型,以研究地下结构的层高和埋深对地下结构在内部相同位置爆炸时连续倒塌过程的影响。
结果表明:地下结构的层高变化对地下结构的连续倒塌影响不大,地下结构的连续倒塌进程随着埋深的增加而加快。
(4)基于简单边坡滑移理论,提出了地下结构在内部爆炸荷载作用下发生连续倒塌以后地表上覆土塌陷半径的计算公式,并且通过数值仿真分析得到了验证。
2009爆炸荷载作用下框架结构的连续倒塌机理分析_阎石
7500 7500 7500 7500
Fig.1
7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500 7500
图 1 10 层钢筋混凝土框架柱网布置图 Arrangement of RC columns of a 10 storey building
上部结构采用三维梁单元模型，基础固结。在
Abstract: A mechanism analysis on a reinforced concrete frame structure under blast effects was numerically performed by using explosive simulation software and finite element method (FEM). Firstly, a simulation of blast pressures on the structure is conducted considering the effect of explosives amount and explosion distance. Then, the FEM, together with the static member removing method (SMRM), is applied to simulate numerically the whole process of dynamic responses, including damage positions, damage degrees, and progressive collapse under the given blast pressures. Finally, the load transferring mechanism and the final collapse mechanism of the frame structure were demonstrated. The numerical results show that the proposed method could effectively simulate the behavior of the structure under the blast responses. The damage degree was relatd to the amount and position of explosives, shape and resistance of the building etc. This analysis may provide a referrence for the design of anti-progressive-collapse structures. Key words: blast effect; RC frames structure; damage evaluation; progressive collapse; mechanism analysis
连续倒塌名词解释
连续倒塌名词解释
连续倒塌是一种建筑结构在受到外部冲击或内部压力时，发生一系列的连锁反应，导致结构逐渐崩溃的现象。
它通常是由于结构设计或施工中的缺陷、材料质量问题、使用不当等因素导致的。
连续倒塌的特点是，结构在初始冲击或压力下，可能只出现局部的损坏或变形，但随着连锁反应的发生，结构逐渐失去稳定性，最终导致整体崩溃。
这种崩溃方式与传统的瞬间崩溃不同，连续倒塌通常是一个缓慢的过程，因此人们有足够的时间去发现并采取措施阻止或减轻损害。
连续倒塌在建筑结构中是一个重要的安全问题。
为了防止连续倒塌的发生，结构设计应考虑到各种可能的风险因素，包括地震、风力、车辆撞击等。
同时，建筑施工也应严格按照设计要求进行，确保结构的质量和稳定性。
在建筑结构设计中，预防连续倒塌的主要措施包括：
1.合理的结构设计：结构设计应考虑到各种可能的风险因
素，包括地震、风力、车辆撞击等，并采取相应的措施提高结构的稳定性。
2.高质量的材料：建筑材料的质量对结构的稳定性有着至
关重要的影响。
因此，应选择高质量的材料，并严格控制材料的生产和运输过程。
3.严格的施工质量控制：建筑施工应严格按照设计要求进
行，确保施工过程中的各个环节都符合质量标准。
4.定期检查和维护：建筑结构应定期进行检查和维护，及
时发现并修复潜在的问题和缺陷，以防止连续倒塌的发生。
总之，连续倒塌是一种严重的建筑安全问题，需要引起足够的重视。
通过合理的结构设计、高质量的材料、严格的施工质量控制以及定期检查和维护等措施，可以有效地预防连续倒塌的发生，保障人们的生命财产安全。
连续性倒塌
梁柱单一构件失效对结构整体稳定性的影响摘要：自然灾害和恐怖袭击导致的结构连续性倒塌事件，往往会造成巨大的人员伤亡和社会财富损失，并产生不良的社会影响。
近年来，抗连续性倒塌设计与分析方法的研究越来越受到重视，已成为结构工程界的一个研究热点。
一些国家已经制定了相应的防止连续性倒塌的设计规范，但我国规范中尚无抗连续性倒塌的详细设计方法，还存在各种问题需要解决。
本文对抗连续性倒塌设计与分析的若干基本问题进行了探讨，并以一具体结构模型为例，分析总结了按照我国现行抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构的抗连续性倒塌能力。
本文的主要工作如下：（1）简要介绍了框架结构连续倒塌的研究背景和意义，总结了国内外研究现状以及存在的问题，并说明了本文研究的目的和内容。
（2）对备用荷载路径法使用中所涉及的几个关键问题结合国外规范进行总结和介绍，并指出了其中的注意事项，供研究和设计人员参考并为本文后续的分析工作做了铺垫。
（3）简单介绍了ANSYS软件，说明了ANSYS软件的一般流程。
（4）采用备用荷载路径法中的非线性静力分析方法以一幢7层框架结构为研究对象，分析模型结构在局部构件破坏后的抗倒塌性能。
关键词：框架结构；连续性倒塌；备用荷载路径法；ANSYSAbstract: Building progressive collapse caused by Accidents and terrorist attacks, usually leads to great casualties and wealth lost , and may also have a badly social impact. In recent years, more and more research effort has been focused on the method for structural design and analysis to prevent progressive collapse. Progressive collapse of building structures has become a research hotspot in structural engineering. Design codes for the prevention of progressive collapse are available in some countries. However, there are no detailed design methods to resist progressive collapse in Chinese codes. There are various problems need to be solved. In this thesis, some basic problems of design and analysis for resisting progressive collapse are discussed. The capacity to resist progressive collapse for RC frame structures,designed according to the codes for seismic design of buildings, is analyzed using a specific structure model.The main work of this thesis is as follows:(1)Briefly introduced the study background and significance of the progressive collapse of frame structure, Summarizes the domestic and foreign research present situation and the existing problems, and illustrates that the purpose of this study andcontent.(2)Several key problems concerning the use of Several key problems concerning the use of the alternative load path method are summarized and introduced with reference to the foreign codes, and the notice items is pointed out, providing some references to the study and design staff and providing a basis for subsequent analyses work of this paper.(3)introduced the ANSYS software, illustrates the general flow of ANSYS software.(4)By using nonlinear static analysis of the alternative load path method, takinga RC frame structure of seven layers as research object, analysis the performance of resist progressive collapse of the RC frame structures.Keywords: frame structure; Progressive Collapse ; the alternative load path method;ANSYS1 绪论1.1 研究的背景和意义结构连续性倒塌是指结构由于突发事件的发生造成结构发生初始局部破坏，继而引起与破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致结构的整体倒塌或者大范围的倒塌，然而不同的设计规范对连续性倒塌的定义略有差别。
建筑结构在冲击负载作用下连续倒塌分析方法
建筑结构在冲击负载作用下连续倒塌分析方法摘要：建筑物在冲击负载作用下的连续倒塌已经引起了全世界的极大关注。
对于一个经济的，安全的，能够抵抗冲击负载作用下连续倒塌的建筑结构设计，连续倒塌分析是必不可少的。
因为连续倒塌的灾难性特点，和为了抵抗它而潜在的建造和改造建筑物的高额费用，所以连续倒塌分析方法是绝对必要且可信的。
对于工程师们而言，他们估算连续倒塌的方法不仅仅要求精确和简要，而且容易上手，立竿见影。
因而，最近许多研究者都在发展可靠有效和直接的连续倒塌分析方法上花费了很多的精力。
在最近的干物上，当前在文献资料中找得到的关于连续倒塌的分析方法被重新审阅。
人们广泛讨论它们的适宜性、适用性和可靠性。
我们也提出了最近刚刚完成的关于钢筋混凝土框架在爆破荷载下的连续倒塌新分析方法。
关键词：连续倒塌分析；建筑结构；爆炸荷载；冲击荷载连续倒塌被定义为“由于一个基本的局部构件失效在构件之间扩散最终造成整个结构或者是不成比例的一大部分倒塌”。
其含义为一个或者一组关键承重构件的失效造成周围构件的失效和部分或者是整个结构的倒塌。
建筑结构的连续倒塌可能由一系列的意外和人为的因素造成，比如：错误的建造顺序，偶然过载造成的局部失效，爆炸和地震造成的关键组件的损坏。
这篇论文仅仅研究了特殊荷载（如：爆炸和冲击），造成的建筑结构连续倒塌的分析。
随着最近Alfred P．Murrah联邦大楼和世界贸易中心（WTC）的倒塌，许多的研究更多的关注如何建造抵抗由于爆炸和冲击荷载造成连续倒塌的建筑。
对于一个经济的，安全的，能够抵抗冲击负载作用下连续倒塌的建筑结构设计，连续倒塌分析是必不可少的。
因为连续倒塌的灾难性特点，和为了抵抗它而潜在的建造和改造建筑物的高额费用，所以连续倒塌分析方法是绝对必要且可信的。
对于工程师们而言，他们估算连续倒塌的方法不仅仅要求精确和简要，而且容易上手，立竿见影。
因而，最近许多研究者都在发展可靠有效和直接的连续倒塌分析方法上花费了很多的精力。
底部内爆作用下钢框架的连续倒塌分析
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爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构的连续倒塌分析
连续倒塌相关概念阐述
连续倒塌相关概念阐述
连续倒塌是指一个系统或结构在受到某种力或载荷作用下，出现逐渐崩溃或瓦解的现象。
这种倒塌过程通常是逐步的，不是突然发生的，其速度也可能因不同系统或结构的特性而有所不同。
在连续倒塌中，有几个相关的概念需要阐述：
1. 弱点或破裂点：连续倒塌的开始通常是由于系统或结构中的某个部分出现了弱点或破裂点。
这个部分可能是材料的缺陷、构件的疲劳、结构元素的损坏或不稳定等。
2. 材料失效：连续倒塌常常是由于结构中的材料发生了失效而引起的。
例如，金属材料可能出现塑性变形，混凝土可能碎裂，木材可能发生断裂等。
3. 载荷或力：连续倒塌发生时，系统或结构所承受的载荷或力起到了至关重要的作用。
这些载荷或力可能是外部施加在系统或结构上的，如重力、风力、地震等；也可能是内部产生的，如荷载、应力集中等。
4. 倒塌模式：连续倒塌的模式指系统或结构在倒塌过程中所经历的变化和阶段。
通常，系统或结构会从一个相对稳定的状态逐渐转变为不稳定状态，然后逐渐崩溃。
5. 失控点：失控点是连续倒塌中一个关键的概念，指的是系统或结构失去了控制或无法维持稳定的状态。
一旦达到失控点，倒塌过程就会迅速加剧，直至完全崩溃。
总之，连续倒塌是指系统或结构在弱点或破裂点受到外部或内部载荷的作用下逐渐崩溃的过程。
在此过程中，材料失效、载荷或力、倒塌模式和失控点是关键概念。
了解这些概念有助于我们研究和预测连续倒塌现象，并采取相应的措施来防止和减轻其发生。
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爆炸——煤气爆炸
在 18 层 角 部 发 生燃气爆炸引 发连续性倒塌。
多米诺骨 牌式垮塌
1968年5月16日，英国伦敦22层、64m高的Ronan Point公寓连 续性倒塌
爆炸——恐怖袭击
1995年4月19号美国俄亥俄洲的Murrah联邦大厦发生恐怖炸弹袭击事 件。汽车炸弹在距离大厦4.75m的地方被引爆。 Murrah联邦大厦是传统的钢筋混凝土框架结构，大楼两主轴方向东 西长67.1m，南北长304m，12.2m的转换大梁支撑3根3-9层的柱子。 汽车炸弹炸毁了结构的底层柱并击穿了楼板与转换大梁。 由于失去转换大梁与楼板的支撑，旁边的底层柱随后因为失稳发生 破坏从而导致其上部分相继发生破坏。最终结构一侧发生整体倒塌。
中国百年大地震一览图
汶川地震连续性倒塌实例
校舍连续性倒塌 都江堰聚源中学教学楼
倒塌后
右一：预制板与进深梁无拉结； 右二：进深梁下无构造柱。
结构组成形式
汶川地震连续性倒塌实例
巨震的抗倒塌设计 小震不坏、中震可修、大震不倒。设防大震比设防中震高一度。
地震具有高度不确定性，很多6、7度地震区发生了超过规范设定 “大震”等级的地震，可称为“巨震”。例如汶川震中达11度。
当结构遇到高于设防大烈度时怎样设计？
小 震 不 坏 、 中 震 可 修 、 大 震 不 倒 、 巨 震 避 难 单 元 不 倒
时间 1976年7月28日 2003年12月26日 2004年2月24日 2005年2月22日 2005年3月28日 2005年10月8日 2006年5月27日 2006年7月17日 2007年8月15日 2008年5月12日 2010年1月12日 2010年4月14日
全球核电站分布
当容 量已达3.5亿kw以上，约占世界发电总量的17%。
核电站事故-爆炸
1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站发生世界上最严重的 核事故。INES等级达到7级的核事故。 辐射云覆盖欧洲东部、西部和北部大部分地区，有超过33.5万 人被迫撤离疏散区。此次核事故的直接死亡人数为53人，另有数 千人因受到辐射患上各种慢性病。
极端荷载下结构的倒塌问题与思考
主要内容
1.极端荷载下结构倒塌事故概况 2.抗倒塌的规范情况 3.代表性的研究成果介绍 4.几点思考
极端荷载
爆炸（炸弹爆炸、爆破拆除、油气等化工爆炸、 核电站爆炸） 地震 火灾 人为失误 碰撞 飓风 大雪 。。。。。
特点：偶然性，多数属于动力荷载，可能造成灾 难性后果。
爆破拆除
2009年12月30日，广西柳州市爆破拆除22层高层公寓失败，被 劈成两半的大楼一半倒塌，一半斜立原地。
爆破拆除
2005年1月14日下午，四川宜宾市广播电视大学一幢6层旧教 学楼实施定向爆破。16时作用，在打爆破孔过程中，该楼西侧突 然发生坍塌，垮塌面积约1800m2，现场作业11名施工人员被掩埋 在废墟中。 2001年11月16日，青海西宁一个商住楼两次爆破均失败。楼房 坐落1层后非但没有倒下，而是成为倾斜20度的斜楼。
石油平台油气爆炸
平台名称：深水地平线。长112m，宽78m，高97.4m，吃水23m。 位于美国新奥尔良东南130英里处。作业者：BP 造价3.5亿美元，日费50万美元。人员：126人 事故经过：2010年4月20日，该近海钻井平台发生爆炸，平台燃 烧36小时后，造成11人失踪，115人获救（17人受伤）。
死亡(伤)人数 24万 5万 28万
602(991) 1300
8.6万(10万多人) 5782 668 510
69225(374640) 22.25万(19.6万)
2220
倒塌事故小结
通过上述事故案例分析得： 结构体系的复杂性在日益增加。 结构倒塌及次生灾害是造成人员伤亡的 真正“元凶”。重大工程破坏、倒塌的 社会综合影响日益严重。 自然灾害、人为失误以及设备老化都是 无法回避的现实。 当前面临的问题并不是未来是否会发生 另一场重大事故，而是“何时”发生。 极端荷载下结构的破坏、倒塌、防护问 题会成为将来一个重要的社会关注和研 究热点。
石油平台油气爆炸
深水地平线事故后果： 给BP公司带来巨大经济损失：事故发生两周内BP股票下挫17%，市 值蒸发近320亿美元。BP面临数十亿美元的赔偿，2009年该公司利 润为166亿美元。生态带来灾难：生态平衡被破坏。 海洋平台倒塌的最终原因往往是长时间燃烧，但爆炸往往是灾难 的起点，加剧损失。
爆破拆除
2004年11月2日，中科院成都分院有一个世界最大面积的泥石 流模拟试验厅，定向爆破拆除不成功，不得不采用机械拆除。
石油平台油气爆炸
Piper Alpha平台位于英国北海中部，是8桩腿的钻进/生产平台。 1988年7月6日约22时阿尔法平台上泄漏出来的天然气冷凝液发生 爆炸。约22时20分气体立管发生破裂再次发生大爆炸，其后又发生 一系列爆炸，整个平台结构坍塌，倒入海中。 当时平台上共226人，其中165人死亡，61人生还，另2名救援人员 死亡。 直接经济损失近28.7亿英镑，产量损失13.5亿英镑，税收损失7.7 亿英镑。 事故原因：没有完成的检修作业+信息交流不足的交班+安全管理 不当=灾难
爆炸——恐怖袭击
911中的纽约世贸大厦
1962年—1977年，世界贸易中心从设计到施工完成， 最初可容纳5万名工作人员。 1993年2月26日，21号大楼地下室被恐怖分子袭击，伊 斯兰极端份子在地下室放置炸弹，导致6人死亡，约有 1000人受伤。后来这些恐怖份子都被判处240年的徒刑。 2001年9月11日，世贸中心被恐怖份子用民航客机自杀 攻击而撞毁，两幢110层摩天大楼最终倒塌。
核电站事故-爆炸
福岛第一核电站位于东京东北部170英里，是世界上规模最大的 核电站之一。2011年3月11日，日本发生9级大地震，引起的断电 导致反应堆冷却剂泵停止工作。存放在地势较低地区的备用柴油 发电机也在地震引发的海啸中严重受损。 INES等级达到7级的核事故。
地震：新中国成立以来发生6.5级以上的强震55次
地点 河北省唐山市 伊朗克尔曼省东南部 摩洛哥北部山区 伊朗东南部克尔曼省 印尼苏门答腊岛附近海域 巴基斯坦首府伊斯兰堡 印尼爪哇岛 印尼爪哇岛南部海域
秘鲁 四川省汶川县 加勒比岛国海地 青海省玉树县
震级 7.8级 6.6级 6.5级 6.4级 6.4级 7.8级 6.2级 7.7级 8.0级 8.0级 7.0级 7.1级