梁柱节点抗连续倒塌性能研究综述

2023-01-12张照闪

工程技术与管理 2022年2期

张照闪

河北工程大学土木工程学院，中国·河北邯郸 056038

1 引言

工程结构在偶然极端荷载（如撞击、爆炸等）的作用下可能会由于局部破坏而引起整体结构的连续倒塌，造成严重的生命财产损失以及恶劣的社会影响。1968年英国伦敦Ronan Point 公寓由于爆炸导致上部构建不断坠落撞击下部构建从而造成结构大面积连续性倒塌，使人们首次认识到结构连续倒塌问题的严重性；1995年的美国Alfred P.Murrah联邦大厦由于爆炸导致大厦底层柱失效而引发的连续倒塌，进一步促使人们对结构连续性倒塌的关注；2001年美国世贸中心双子塔受飞机撞击发生连续倒塌，将连续性倒塌问题的研究推向了高潮。

2 连续性倒塌的概念

对于连续性倒塌的概念，各国说法虽略有不同，但表述内容基本一致。下面是几种被普遍认同的说法。

中国一般说法：结构连续性倒塌是指结构因偶然荷载造成结构局部破坏失效，继而引起与破坏失效构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初步破坏更大范围的倒塌破坏。

英国设计规范定义：结构的连续性倒塌是一种由于原结构承载模式或边界条件发生变化导致剩余结构在荷载和内力重分布后缺少可替代的荷载传递路径进而引起结构破坏的连锁反应，最终导致产生与初始破坏不成比例的大范围破坏现象。

美国土木工程师协会定义：在正常使用条件下由于突发事件的发生导致结构发生初始局部破坏，破坏从结构初始破坏位置沿结构传递，最终导致建筑物的整体倒塌或者造成与初始破坏部分不成比例的倒塌。

3 国际上的研究现状

结构连续倒塌试验主要基于拆除构件法，按照不同的加载方式，可分为静力试验和动力试验。静力试验能够得到结构倒塌抗力和抗倒塌机制，材料损伤逐渐演化过程的连续变化规律，但是倒塌过程中动力效应的影响被忽略。动力试验可以获得固定重力荷载下的结构动力响应，但在有限试验数量的限制下只对部分结构损伤和动力效应进行检验。因此两类研究的目标不同，但对于了解结构的连续倒塌机理都具有研究意义。

3.1 连续倒塌的理论研究

Izzuddin 等[1]提出框架提供了一种评估不同结构理想化水平下结构稳定性的实用方法，它将影响稳定性的因素的讨论从泛泛而谈转向了量化。Vlassis 等[2]介绍了一种面向设计的多层建筑连续倒塌评估方法的新原理。在拱起力矩区域上方的板中提供额外的钢筋通常可以对动荷载承载能力和变形能力产生有益的影响。

3.2 连续倒塌的试验研究

Yang 和Tan[3]介绍了在中柱拆除情况下常见类型螺栓连接钢梁柱节点性能的七个试验。实验结果表明，腹板螺栓连接在形成悬链线作用方面具有最佳性能。舒兴平等[4,5]探究关键构件失效过程中节点位移及相关构件内力变化情况。并采用拆除构件法分别拆除角柱、短边中柱、长边中柱和内中柱，采用经验证的能力评价指标进行抗连续倒塌能力评价。

Li 等[6]进行了钢梁柱结构连续倒塌试验，考虑了焊接连接与螺栓连接两种梁柱连接方式。完海鹰和郑晓清[7]对半刚性节点钢框架的模型进行试验研究。Sadek 等对钢框架梁柱子结构分别采用无加强筋焊节点和狗骨节点连接进行了试验研究。试验结果表明，狗骨节点的延性高于无加强筋焊节点，并且狗骨式节点悬链线效应更为明显。

3.3 连续倒塌的数值模拟研究

Liu 等通过试验和数值分析研究了梁柱节点在突然脱柱情况下的动力性能。研究了腹板角钢钢梁柱节点在连续倒塌条件下的动力性能。利用通用有限元软件ABAQUS 进行了数值模拟。通过将仿真结果与试验数据进行比较，验证了三维有限元模型，进行了参数研究。Yang 等采用了6 种连接方式进行了数值模拟，发现静态解算器比显式动态解算器能预测更精确的仿真结果。