俄亥俄州立大学综合大楼抗倒塌动力效应分析

乔惠云

结构连续性倒塌受力机理复杂，不确定性因素较多，且构件变形为大变形，对试验设备要求较高，考虑到经济因素与试验难度，目前试验研究大多集中在节点试验，或者选取一榀框架进行拆柱试验。文献[1]针对不同节点形式做了七组试验，研究中柱移除后节点的性能。文献[2]通过试验研究了栓焊混合连接节点抗连续倒塌性能。文献[3]对一榀4 跨3 层平面钢筋混凝土框架拆柱分析。文献[4]用火焰切割方法拆除了一栋即将到使用年限的钢结构建筑的四根框架柱。本文将在文献[4]试验的基础上，建立ABAQUS 数值模型，模拟关键柱破坏后相应节点和剩余结构体系的动力响应和受力机理。

1.计算模型的选取

1.1 结构单元

俄亥俄州立大学综合大楼为四层八跨结构，有一层地下室，图1 为大楼的立面图。本文针对此框架结构体系试验建立ABAQUS 有限元模型如图2，模拟第一根柱拆除后的动力响应。构件尺寸和材性均按照文献[4]中给出的参数。采用梁单元B32 建模，梁单元长度采用程序默认的0.2m，梁柱节点为刚性连接。考虑材料与几何非线性的影响，塑性应变率采用Cowper-Symonds 准则，材料损伤采用Yu 和Jeong 提出的由应力三轴度确定的柔性损伤准则。由于结构原型承担的荷载主要为墙、楼板等自重，承担的活荷载基本为0，所以加载过程中将墙、楼板等组成的恒载换算成框架梁的密度。

图1 俄亥俄州综合楼

图2 有限元模型

1.2 加载方式

采用瞬时加载法对结构进行连续倒塌动力反应分析，加载分两步进行：