1、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 LI Zhongxian(李忠献)，SHI Yanchao(师燕超) 摘要摘要： 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
2、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
3、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 PMurrah 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
4、靠有效和直接的连续 倒塌分析方法上花费了很多的精力。 目前可行的结构连续倒塌分析方法可以被大致分为两类： 直接模拟法， 这种方法直接模拟了 使结构破坏和建筑物倒塌的爆炸荷载效应， 和非耦合交替荷载路径法， 这种方法通过模拟由 于移除关键承重构件造成的不同水平的损坏来对结构进行分析。 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。这些文献既有优点又有不足之处。 人们广泛讨论它们的适宜性、 适用性和可靠性。 我们最近也提出了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的分析方法。 1、建筑结构连续倒塌分析方法、建筑结构连续倒塌分析方法 在这个部分， 现今在
5、文献中可以找到的结构连续倒塌分析方法分为两类， 直接模拟法和交 替荷载路径法。 1.1 直接模拟法直接模拟法 在直接模拟法中，建筑结构，气流和爆炸都被细致的建立到模型中去。对于爆炸产生的 冲击波的传播方式和其与结构之间的相互作用都需要模拟， 或者， 需要导出作用在建筑结构 上的爆炸和冲击荷载并使它们直接作用在结构构件上。 大多数爆炸和冲击造成的材料非线性 反应和动力效应还有损坏都被包括在这种模拟当中。 在这个部分， 我们会列出直接模拟法在 建筑结构连续倒塌分析方法中的几种典型的应用，每种都有各自的特点。 1.1.1 爆炸荷载下的建筑倒塌的直接模拟爆炸荷载下的建筑倒塌的直接模拟 Luccioni
6、 et al 曾经对一座真实的建筑物进行了结构倒塌分析。这座建筑叫做“AMIA”，属 于阿根廷犹太人互济会，被恐怖分子袭击并倒塌。在这项分析当中，用 3 维固体构件（包括 钢筋混凝土柱，梁和砌体墙）组装成这座建筑物的模型。图 1 表现了这座建筑物的结构和爆 炸位置。 这座建筑的结构倒塌分析分为两个阶段。分析的第一个阶段，包括模拟即时引爆的爆炸 本身。 第二阶段包括建筑与爆炸产生的冲击波之间的效应和相互作用。 分析考虑了冲击波激 起的气流产生的唯一的荷载。爆炸所产生的地面运动，没有考虑。倒塌的建筑物的数值结果 如图 2 所示。 数值结果和恐怖袭击之后拍摄的照片比较可以看出： 数值分析准确的重现了在 爆炸荷载作用下建筑的倒塌过程。 实际损坏和数值模拟的结果的很好的一致性， 证明了细致 化的结构、 材料和爆炸效应模拟对于这种分析是必需的， 并且是现今唯一能够成功的进行的 对整个建筑的完整倒塌分析的方式。 这是利用直接模拟方法分析结构连续倒塌的一个很好的例子。这种方法能够成功的预测 由于爆炸和冲击荷载造成的连续倒塌的过程。 可是， 要达到这种准确度是要花费很大的代价 的。为了导出准确的材
