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1、HUNAN UNIVERSITY毕业设计(论文)设计论文题目：局部破坏下钢筋混凝土框架剪力墙结构的连续倒塌试验研究学生姓名：学生学号：专业班级：建筑工程3班学院名称：土木工程学院指导老师：学院院长：2011 年5月29日局部破坏下钢筋混凝土框架剪力墙结构的连续倒塌试验研究摘要自伦敦发生Ronan Point的18层装配式大板结构公寓煤气爆炸事件发生以来，国外对连续倒塌问题的研究已近30余年，并编制了相关的设计规范。而我国现有的规范目前尚未规定详细抗连续倒塌设计的方法。导致结构发生连续倒塌破坏的偶然事故难以预测，同时造成的破坏极其严重，难以控制。所以结构的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题
2、，同时如何防止建筑结构在遭遇爆炸、撞击等偶然荷载时发生连续性倒塌已经成为世界各国结构工程界研究的重点。以钢筋混凝土框架剪力墙结构为研究对象，设计了三个1跨5层的1:5的模型结构，拟通过材性试验结果以及模拟结构在局部破坏下的连续倒塌试验，获得模型动力参数，以验证同济大学土木工程学院鉴定与加固数值仿真研究室开发的基于离散单元法开发的计算机仿真软件中数值分析方法及图形仿真系统的正确性，并进一步研究结构的倒塌机理，关键词：连续性倒塌；倒塌试验；抗倒塌；数值仿真Test study of progressive collapse of reinforced concrete frame-shear wa
3、llstructures caused by local damageAbstractIt is nearly 30 years since Ronan Point apartment, a 22th floor in prefabricated panel structure, collapsed progressively because of gas explosion in London. North American and Europe have developed relevant design codes and design guides, such as GSA 2003，
4、DOD2005 and EuroRode 1.However，the provisions of the existing codes in China have not yet detailed design methods to resist progressive collapse.Due to the structural progressive collapse is a occasional occurrence , it is difficult to predict the accident，while serious damage is extremely difficult
5、 to control. Therefore, the progressive collapse of the structure has become a serious threat to public safety , and how to prevent the building structure in the event of explosion, collision and other accidental damage from progressive collapse has became a main concern in our ensuing structural en
6、gineering research. In this paper，three 1:5 scaled frame-shear wall models with one-span and five-story are taken as the objects. The model parameters from simulating structure collapse caused by local damage are going to be acquired through tests，and the mechanism of structural collapse is going to
7、 be investigated in order to verify the computer simulation software developed by numerical simulation group of Civil Engineering, Tongji University based on discrete element method and graphical simulation system.Key words: progressive collapse; collapse experiment; progressive collapse; numerical
8、simulation目录摘要IAbstractII目录III1绪论11.1建筑物的连续倒塌11.1.1偶然荷载11.1.2连续倒塌破坏的定义11.1.3抗连续倒塌设计方法21.2抗连续倒塌研究现状41.2.1结构倒塌破坏的实例41.2.2结构倒塌破坏过程分析51.3连续倒塌的试验研究71.3.1湖南大学的抗倒塌试验71.3.2University of Arkansas Medical Center倒塌试验81.3.3San Diego酒店爆破91.4本文研究工作102框架-剪力墙结构局部破坏下连续倒塌试验112.1试验目的112.2结构倒塌方案的设计112.2.1原型结构的设计142.2.2
9、模型设计和制作142.2.3细石混凝土的配合比222.2.4测量的内容和主要数据242.2.5材性试验252.2.6抗倾覆验算262.2.7各楼层配重的配置及布置262.2.8待破坏玻璃构件的设置282.2.9测点的布置312.2.10加载的方法（撞击装置的介绍）322.2.11场地保护措施的布置342.2.12试验结果预测353试验结果及数据分析363.1镀锌铁丝强度和弹性模量364初步数值模拟394.1概述394.2三个模型的模拟395结论445.1有待进一步研究的问题44参考文献45致谢471 绪论1.1 建筑物的连续倒塌1.1.1 偶然荷载建筑结构可靠度设计统一标准1第4.0.2 条指
10、出：偶然作用即在设计基准期内不一定出现，一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用，如火灾、爆炸、撞击等。针对偶然状况，建筑结构可靠度设计统一标准1中3.0.6条也指出：建筑结构可采用下列原则之一按承载能力极限状态进行设计：1、 按作用效应的偶然组合进行设计或采取防护措施，使主要承重结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失承载能力；2 、允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度。偶然荷载多会造成主要的受力构件失效，而主要受力构件失效则会在很大程度上引起建筑结构发生连续倒塌破坏。当今社会，恐怖袭击事件日益增多，因人们的疏忽而造成的火灾、爆炸
11、事件也频发，结构的连续倒塌破坏已经成为严重威胁公共安全的重要问题。因此如何防止结构在遭受偶然荷载发生后连续倒塌破坏已经成为世界各国结构人员研究的重点。1.1.2 连续倒塌破坏的定义在很多的国外文献中，“连续性倒塌”被定义为结构由于偶然事件或局部破坏，造成结构系统内的某个单元或部分单元超出承载能力失效。由于连锁反应，该破坏从初始破坏位置蔓延到结构的其他部位，从而引起结构的整体坍塌或者大范围的倒塌2。发生连续倒塌破坏的结构的最终破坏形态与初始破坏形态不成比例。1.1.3 抗连续倒塌设计方法1、 概念设计法概念设计多为定性设计，主要是从结构的整体性、延性、冗余度和构造等方面采取措施来改善结构的抗连续
12、倒塌能力。其效果多依赖于设计人员的经验。我国混凝土结构设计规范（GB50010-2002）3在第3.1.6条规定：结构应具有整体稳定性，结构的局部破坏不应导致大范围倒塌。规范说明中只对该条款作了简单的概念性补充，没有提出具体方法和准则，缺乏可操作性。有研究表明：若在对结构的设计中充分考虑地震的作用，那么结构本身就已具备较好的整体性和延性，在一定程度上能抵御连续倒塌的发生4。在此基础上，针对结构可能发生的连续倒塌工况，采取一些概念性的设计措施，一般情况下可取得良好的效果，也不会过多地增加造价5。概念设计一般包括以下几个方面4,6：1 合理的结构方案和结构布置，避免存在可能引发连续性倒塌的薄弱部位
13、；2 加强构件间的连接构造，增强结构的整体性和连续性；3 增加结构的冗余度，使结构具有多个荷载传递路径及其传递能力；4 采用延性构造措施，使可能发生失效部位具有足够的延性；5 考虑荷载的反向作用；6 采用连续性配筋，使楼板和梁在达到承载力极限状态时能够发挥悬索作用；7 墙和柱能承受一定的横向荷载。8 加强结构抗震设计9 加强结构基础的设计2、 拉结法设计拉结法设计就是将结构梁柱等构件之间的拉结力进行加强，从而使得结构的连续性、延性增强，继而当发生局部破坏时结构能够获得更多的荷载传递路径。对于各种拉结，规范要求传力的路径需连续、直接。拉结力设计主要包括四个方面的要求7：1 内部拉结，主要由梁或楼
14、板承担，可根据发挥梁悬索效应或楼板薄膜效应的要求确定；2 周边拉结，主要由周边大梁承担，可用以锚固内部拉结的大梁或楼板；每一层沿结构周边的水平构件的拉结力不小于同方向相邻内部构件拉结力。对于角柱、悬挑部位，应适当增大拉结力。3 对边柱或边墙的水平拉结力，除满足内部拉结力要求外，还应承受一定的悬挂拉力；对于结构的角柱则须在两个方向均进行水平拉结。当建筑物层高较高时，应适当提高墙/柱的拉结力。4 竖向拉结力由上下连续贯通的柱子承担，要求能够承受与其轴压力相等的拉力。拉结力设计简便易行，但对于复杂或不规则结构，其精准性、可靠性还有待检验。同时，有研究发现，即便按照DOD2005规范6中提供的拉结强度
15、设计，结构的抗连续倒塌仍存在不足8。3、 局部抵抗法局部抵抗法是针对结构中主要的承重构件进行分析，保证构件有足够的能力抵抗设计规定的偶然荷载作用，是属于构件层面上的抗极限承载能力的分析设计。局部抵抗法先假定某些主要构件受到偶然荷载（如撞击和爆炸）作用，从而对这些构件进行防撞击或防爆炸设计。该方法计算模型较为简单，运算的效率高，但它要求明确知道作用于结构上荷载的性质以及当量，然后才能对局部构件进行承载能力极限状态分析，从而确保构件在偶然荷载下不会发生失效，防止结构在遭受初始破坏荷载作用时不会发生连续倒塌破坏9。4、 备用荷载路径分析方法备用荷载路径分析方法就是通过有选择性地拆除一个或几个主要的沉重构件来模拟结构的初始局部破坏，结构在原有荷载（重力荷载）作用下发生内力重分布，对剩余结构进行初始破坏蔓延过程跟踪，判断它是向新的平衡状态发展，还是发生连续倒塌破坏。若结构
