[发明专利]一种提高RC框架结构抗连续倒塌能力的设计方法

摘要

一种提高RC框架结构抗连续倒塌能力的设计方法属于建筑结构防灾减灾领域。结构抗连续倒塌性能是指整体结构系统抵御局部破坏的能力。结构系统在不同部位的初始局部破坏作用下，其倒塌响应存在差异，但是抗倒塌性能作为整体结构系统的自身特性，应与具体初始破坏无关，因此本方法正是针对目前在衡量整体结构系统抗倒塌性能上存在的局限性而提出的，倒塌比例系数和结构承载力安全系数两个指标是建立在对所有典型局部初始破坏的分析上，与具体初始破坏无关，所以能够反映整体结构的抗连续倒塌性能。最后，针对一栋8层混凝土框架结构，采用这两个计算系数对其进行抗连续倒塌性能的分析，发现基于该系数所设计的工程其防倒塌能力有较明显提高。

主权项

一种提高RC框架结构抗连续倒塌能力的设计方法，其特征在于：通过建立整体结构的非线性模型，采用非线性动力拆除分析方法和非线性静力Pushdown分析，根据以下所提出的倒塌比例系数和承载力安全系数的计算公式，计算出这两个系数来综合反映结构的抗连续倒塌性能，当发现结构的抗连续倒塌性能不强时，通过包括增加结构的冗余度，加强结构延性或增强结构整体性的措施来提高其抗连续倒塌能力；基于倒塌比例系数的抗连续倒塌性能设计方法所采用的步骤如下：a、针对之前所提出的以结构发生连续倒塌的概率P[Collapse]来衡量结构的抗连续倒塌性能，其中P[Collapse]表示为意外发生的概率P[H]、局部初始破坏发生的条件概率P[D/H]和连续倒塌发生的条件概率P[Collapse/D]的乘积，即P[Collapse]=P[Collapse/D]P[D/H]P[H],当不考虑构件初始破坏概率而仅考察连续倒塌发生的条件概率P[Collapse/D]时，其中假设P[D/H]P[H]=1，这时倒塌比例系数P_c表示为：P_c=n_c/n，其中，n_c表示发生连续倒塌的工况数量，n表示总拆除构件工况数量；b、当考虑构件初始破坏概率时，在这种情况下，在倒塌比例系数中进一步考虑局部构件在偶然荷载下发生破坏的概率，即P[D/H]P[H]，这时倒塌比例系数P_c′表示为：P_c'=∑(I_ci×n_ci)/∑(I_j×n_j)，其中，I_ci表示第i个发生连续倒塌的代表性工况的构件初始破坏概率，n_ci表示在结构中该类构件的数量；I_j表示结构中第j个代表性工况的构件初始破坏概率，n_j表示结构中该类构件的数量；基于承载力安全系数的抗连续倒塌性能设计方法所采用的步骤如下：a、倒塌比例系数基于的非线性动力拆除构件分析只有倒塌和未倒塌两种分析结果，在特别情况下，当两个结构方案的倒塌比例系数值接近时，仅依靠这一个系数则不能完全反映两个结构的抗连续倒塌性能水平，而通过非线性静力pushdown方法能够得到结构在不同初始破坏下的最大抗连续倒塌承载力，在其基础上得到提高整体结构系统的连续倒塌抗力指标；b、然后计算得出每个工况下结构的相对承载力R，与其相应工况下最低相对承载力需求的关系来反映结构的连续倒塌抗力水平，于是将每个拆除工况的抗连续倒塌承载力安全系数RI_c定义为每个工况相对承载力R与其最低相对承载力需求R_min‑req之比，即RI_c=R/R_min‑req，当承载力安全系数大于1时，表示结构未发生连续倒塌，并且其大于1的部分即为冗余的承载力储备；当承载力安全系数小于1时，表示结构发生连续倒塌，并且其小于1的部分即为缺少的承载力；c、基于每个工况下的承载力安全系数，定义整体结构的抗连续倒塌承载力安全系数RI_s为所有工况的抗连续倒塌承载力安全系数RI_c的加权平均，即RI_s=∑(RI_ci×n_i)/∑n_i，其中，ni表示第i工况所代表的结构系统内的典型部位数量。