爆炸荷载下钢筋混凝土框架结构连续倒塌分析方法比较.pdf

第 3 2卷 第 1期 2 O 1 5年 1月 建 筑科 学与 J o u r n a I o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d C i v i l En g i n e e r i n g Vo1 3 2 NO 1 J a n 2 O 1 5 文章 编号 ： 1 6 7 3 - 2 0 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 6 4 0 9 爆 炸荷载 下钢筋混凝土框 架结构连续倒塌 分析方法 比较 姚 宇飞 ， 师燕超 ， 李 忠献 ( 天津大学建筑工程学 院 。 天津3 0 0 0 7 2 ) 摘 要 ： 运 用显 式动 力有 限元 分析软 件 L S D YNA 建 立 了一个 四层 两跨 钢 筋混 凝 土框 架结 构 的有 限 元模 型 ， 并对 其施 加爆 炸荷 载 ， 在爆 炸荷 载仅 引起 结构 关键 柱失 效 的情 况下 ， 研 究 了不 同比例 距 离 爆 炸荷 载作 用下钢 筋混凝 土结构 的动 力响应 及倒 塌过 程 ； 同时采 用 美 国国防部 2 0 0 9年 出台的建 筑 物抗 连 续倒塌 设计规 范 UF C 4 - 0 2 3 0 3中推 荐使 用的替 代传 力路 径 法 对相 同的 四层 钢 筋 混凝 土框 架结 构进行 了非线性 动 力连 续倒塌 分析 。通过 比较 研 究上述 数值 分析 结 果 ， 揭 示 了 UF C 4 - 0 2 3 0 3 规范推荐使用的替代传力路径分析方法的不足， 进 而对考虑爆 炸荷载作 用的结构抗连续倒塌分析 设 计 方 法的改进 提 出了设 想 。研 究 结果表 明 ： 通过 引入 爆 炸荷 载放 大 系数 来 考虑 爆 炸荷 载 作 用 的 影 响具 有 更广 的适 用范 围 。 关 键词 ： 钢 筋混 凝 土框 架结构 ； 爆 炸 荷载 ； 连 续倒塌 ； 数值模 拟 ； 非 线性动 力分析 中图分 类号 ： TU3 7 5 4 文献标 志码 ： A Co mpa r i s o n o f Pr o g r e s s i v e Co l l a p s e Ana l y s i s M e t h o d s f o r RC Fr a me S t r u c t u r e s Un d e r Bl a s t Lo a d s YAO Yu f e i ，SH I Ya n c ha o，LI Zho n g x i a n ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ti a n j i n Un i v e r s i t y ，Ti a n j i n 3 0 0 0 7 2，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：The f i n i t e e l e me n t mo de l of a f ou r s t o r e y t wo s pa n r e i nf o r c e d c on c r e t e (RC) f r a m e s t r uc t ur e wa s e s t a b l i s h e d us i n g t he e xp l i c i t d yn a mi c f i n i t e e l e m e n t a na l y s i s s o f t wa r e LS DYNA I n t h e c a s e of o nl y ke y c o l u mn f a i l u r e du e t o b l a s t l oa ds ， t he dy na mi c r e s p on s e a n d c ol l a Ds e pr o c e s s o f t h e RC f r a m e s t r uc t u r e u nd e r b l a s t l o a d s o f di f f e r e nt s c a l e d di s t a nc e s we t e s t ud i e d M e a n whi l e，no nl i n e a r d y na mi c a na l ys i s of t he s a m e f o ur s t or e y s t r uc t ur e wa s do ne us i n g a l t e r na t e pa t h m e t hod r e c o mm e nd e d by t he UFC 4 - 0 2 3 0 3 wh i c h wa s pub l i s h e d i n 2 0 09 by Uni t e d S t a t e s De pa r t m e n t of De f e nc e Thr ou g h c o m p a r a t i v e s t u dy b a s e d o n t h e n ume r i c a l a n a l y s i s r e s uhs a b ov e， i t r e ve a l e d t he d e f i c i e n c y o f t he a l t e r n a t e p a t h a n a l y s i s m e t ho d Fu r t he r mo r e 。 t h e p r o po s a l o f t he i mpr ov e d a n a l y s i s a nd d e s i gn m e t ho d o f bu i l di ngs t o r e s i s t pr o gr e s s i v e c o l l a ps e d ue t O bl a s t wa s ma d e The s t u dy r e s ul t s s h ow t h a t c o ns i d e r i n g t he i n f l ue nc e of b l a s t l o a d b y i nt r odu c i ng t h e b l a s t l o a d f a c t or ha s a br o a d e r a pp l i c a bl e s c o pe Ke y wo r ds ：r e i n f o r c e d c on c r e t e f r a m e s t r uc t u r e ；b l a s t l o a d；p r og r e s s i v e c o l l a ps e；nu m e r i c a l s i mu I a t i o n ；n o n l i n e a r d y n a mi c a n a l y s i s 收 稿 日期 ： 2 O 1 4 0 9 0 7 基金项 目： “ 十二五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 2 B A J 0 7 B 0 5 ) 作者简介 ： 姚宁飞( 1 9 8 5) ， 女 ， 黑龙江哈尔滨人 ， 工学硕士 ， E ma i l ： y y f y c h g 一 2 s i n a c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 6 建筑科 学与工程 学报 2 O 1 5鼻 采 用 MAT P L AS T K1 NE MAT I C弹 塑 性 材 料 模 型模拟 ， 同样 考虑 了材 料 的应 变率 效 应 。混 凝 土 和钢 筋 材料 的参 数 如 表 1所示 。地 面 采 用 MAT一 性 地 面 之 间 的 相 互 作 用 采 用C ONTAC TAU TOM AATI C SI NGI ES URF AC E接 触 分 析 模 型 模 拟 。本文 中 采用 K C模 型 来 考 虑 钢筋 、 混 RI GI D模型 模 拟 。钢 筋 混 凝 土 构 件 之 间 及 其 与 刚 凝 土 的应变 率效 应 。 表 1 混 凝 土 和钢 筋 材 料 参数 Ta b 1 Pa r a m e t e r s o f Co nc r e t e a nd St e e l M a t e r i a l s 混凝 土 钢筋 轴心抗压强度 MP a 弹性模量 G P a 泊松 比 密度 ( k g m ) 轴心抗压强度 MP a 弹性模量 ( I a 泊松 比 3 O 2 3 0 2 2 5 0 0 3 3 5 2 3 5 2 0 0 O 3 本 文 中采用 了混 凝 土侵 蚀 算 法 ， 该 算 法 可 以模 拟 混 凝 土 的 压 碎 和 断 裂 ， 有 一 系 列 的 判 断 准 则 。 L u c c i o n i 等 对采 用 了侵 蚀算 法 的诸 多 文献 进 行 了 汇总 和分 析 ， 本 文参 考其 中提 出的准 则 ， 通 过 比较 与 试 算选 取 了最 大主应 变 临界值 0 1和最 大剪应 变 临 界值 0 9为梁柱混凝土单元侵蚀判断依据 ， 选取 了最 小 主 应 变 临界 值 一0 0 l为 楼板 混 凝 土 单元 侵 蚀 判 断依 据 ”。 1 3 荷 载 竖 向荷载 采用 UF C 4 - 0 2 3 0 3规 范 中的 荷 载组 合方 式 ， 考 虑恒 荷 载及部 分活 荷载 ， 其荷 载组 合 为 G一 1 2 D + 0 5 L ( 1) 式 中 ： D 为结构 自重 恒荷 载 ； L为结 构活 荷载 。 侧 向荷载 取 单 层 总 荷 载 的 0 2 ， 并 分 别 施 加 在每 层侧 面 。建模 时 未 建 立 填 充墙 模 型 ， 但 其 重 量 以分 布荷 载 的形式 施 加 到 四周 的 支撑 梁 上 ， 填 充 墙 采用 混 凝 土空 心砖 砌 筑 时 重 度 为 1 5 k N m， 而 采用 机 制 红 砖 砌 筑 时重 度 约 为 2 0 k N m ， 楼 面 和 屋面荷 载 取 4 k P a 。 爆 炸荷 载 用 I S D YNA 中 的 I ( ) AD B L AS T E HANC E D命 令 沿 轴 正 向施加 到结 构 表 面上 ， 该 命令 采用 的爆 炸荷 载 曲线是 美 国抗偶 然爆 炸结 构设 计手 册 TM 5 - 1 3 0 0 “ 中根 据 大 量 试 验 分 析 得 到 的 不 同质 量炸 药在 不 同位置爆 炸后 作用 在结 构上 的反 射 超压 随时 间变 化 曲线 ， 通 过定 义炸 药量 、 起爆 位置 而 自动 施加 在结 构 表 面 上 ， 并 考虑 了爆 炸 波 到 结 构 不 同位 置 的传播 时 间 、 入 射 角度 及 峰 值 荷 载 大 小 的 不 同。 1 4爆 炸荷 载下 的数值 模 拟 运用 上 述 建 立 的有 限 元模 型 ， 采 用 直 接模 拟 方 法， 对 四层钢筋混凝土框架结构在不同 比例距离 的 爆 炸简 载作 用下 的动 态响应 和破 坏倒 塌过 程进行 模 拟。为了与采用替代传力路径法计算的结果进行对 比 ， 在选 取爆 炸荷 载 时 ， 仅 考虑 爆炸 引起 结构底 层 中 柱 失效 和 引起 结 构 底 层 边 柱 失 效 的 2组 爆 炸 荷 载 工 况 。 1 4 1 仅底 层 中柱破 坏 在 四层 框 架结 构 模 型上 施 加 恒荷 载 和 活荷 载 ， 经历 1 0 0 ms 后 ， 结构 基本 达 到静力 平衡 。 因此 在 时 间 f 一1 0 0 ms 时 的瞬 间 对结 构施 加 爆 炸 荷 载 ， 并 模 拟整体结构的动力响应、 损伤破坏及连续倒塌过程 。 将爆 炸荷 载施 加到结 构 面 向爆 炸 冲击波 一侧 的 柱 和梁上 ， 不考 虑 地 面 爆 炸 冲击 波 的反射 作 用 。假 定 炸药位 于 中 柱 C 2 ( 图 1 ) 正 前 方 ( 轴 负 向) 3 I n 处 ， 通过 试算得 到 比例距 离 D在 0 4 5 m k g 邝到 o 7 5 m k g 之 间时 ， 爆 炸 荷 载作 用后 结 构 只有 底层 中柱 出现初 始破 坏 ， 而邻 近 构 件 只有 初 始 速 度 或 轻微初 始 损伤 。所放 置炸 药量 与 比例距离 关 系见 表 2 。爆 炸荷 载 比例 距 离 为 o 7 0 m k g ” 时 ， 结 构 在 7 0 0 ms 时的 响应情 况如 图 2所示 。 表 2 中柱前方 3 m处炸药量与 比例距离关 系 Ta b 2 S c a l e d Di s t a nc e Ve r s u s Ex pl o s i v e W e i g ht a t 3 m i n Fr o nt o f M i d c o l um n 比例距离 ( mk ， ) 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0 7 5 炸 药 量 k g 2 9 6 2 l 6 1 6 2 1 2 5 9 8 7 9 6 4 1 4 2仅 底 层 边 柱 破 坏 同底 层 中柱破 坏 分 析过 程 类 似 ， 假定 炸 药 位 于 边柱 C 3 ( 图 1 ) 正前方( 轴负向) 3 m处 ， 试算 出爆 炸荷 载作 用下 仅底 层 边 柱 破坏 的 比例 距 离 范 围 为 ： 在墙 体重 度 p为 l 5 k N i1 1 时 ， 比例 距 离 为 0 4 5 m k g 到 o 7 0 n lk g ； 在 墙 体 重 度 为 2 0 k N m 时 ， 比例 距 离 为 0 4 5 m k g 到 o 7 5 m k g 。爆炸 荷载 比例 距 离 为 o 6 5 m k g 时 ， 结构 在 7 0 0 ms 时 的响应如 图 3 所 示 。 2替代传 力路径 法 采用美 国 UF C 4 - 0 2 3 0 3中推 荐 使 用 的替 代 传 力路 径法对 上述 四层 钢筋 混凝 土框 架结 构进行 非 线 性 动力连 续倒 塌性 分 析 ， 即对 整 体 结 构施 加 竖 向荷 载 至结构 达 到静力 平衡 ， 然后 瞬 间移 除关键 柱 ， 对 剩 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 姚 宇飞 ， 等 ： 爆炸 荷 载下钢 筋混凝 土框 架 结构连 续倒 塌 分析 方法 比较 6 9 ， 曰 宣 g 蚓 足 r 图 8 底层 中柱顶点 c的 y向速度时程 益线 Fi g 8 y - di r e c t i o n Ve l o c i t y Ti me - h i s t o r y Cu r ve s o f Po i n t C ， 县 一 吕 g一 一 厦 图 9 底层 中柱顶点 C的z向速度时程 曲线 Fi g 9 z di r e c t i o n Ve l o c i t y Ti m e - hi s t o r y Cu r v e s o f Poi nt C 作用 后 ， C点 的 向速 度 在 几 毫 秒 内迅 速增 大 而后 减小 至 O左右 ， 在 比例 距 离大 于 0 7 0 m k g 邝时 ， 结构 开 始 出 现 倒 塌 现 象 后 向速 度 随 后 又 开 始 增 大 。c点 向速 度也 在爆 炸荷 载作 用 后初 始 几 毫秒 内迅 速 增大 ， 而 后 略有 回落 ， 在 比例 距 离 大 于 0 7 0 I T I k g 邝 后 向速 度 随 后 也 增 大 。爆 炸荷 载越 大 其初始速度峰值及随后的速度也就越大。 二层中柱中点 D 的 Y向速度、 加速度时程 曲线 分 别如 图 1 O ， 1 1 所 示 。从 图 1 O ， 1 1可 以 看 出 ， 在 非 线性 动 力分 析 中 由于 结 构 没有 受 到 沿 Y向 的 动力 ， 所 以二层 中柱 中点 D 沿 向上 速 度 几乎 为 0 ， 而 结 构 的加 速度 也 是在 一定 范 围 内变 化 。有爆 炸 荷载 作 用 时 ， D点 位置 的单元 受 到 了爆 炸 荷 载 的作 用 而 瞬 问产生了初始速度和初始加速度 ， 并且爆炸荷载作 用 越 大其产 生 的初 始速 度 和加速 度 也就越 大 。在 比 例 距离 大 于 0 7 0 m k g 邝后结 构 开始 出现倒 塌 现 象 ， D点 向速度随后也开始增加， 爆炸荷载越大， 速 度 增加 越大 ， 结 构倒 塌也 越快 。 在 墙体 重 度 为 2 0 k N m 时 ， 四 层 框 架 中 柱 顶 点 A 竖 向位 移 时程 曲线 如 图 1 2所 示 。所 考 察 的 l 号 钢筋 单元 轴 向应 力 时程 曲线 如 图 1 3所 示 。 4 5 e 3 5 2 5 量 o 5 一 o 5 1 5 ； 襄 时 I司 ms D=O 4 5m k g 一 一 D= O 5 0m k g 一D= 0 5 5m k g 一 一 D= O 6 0m k g 一 一 D= O 6 5m k g 一 D= O 7 0m kg 一 D= 0 7 5m k g 非线 性 动 力 分析 结果 图 1 0 二层中柱中点 D的 Y向速度时程 曲线 Fi g 1 0 y - d i r e c t i o n Ve l o c i t y Ti m e - hi s t o r y Cur v e s o f Po i nt D 时 间 ms D= O 4 5m k g 一 D=O 5 0m k g 一 。 一D= 0 5 5m k g - D=0 6 0m k g t J D= O 6 51 11 kg 。 D= O 7 0m k g 一 、 一一 D= O 7 5 r f l k g 非线 性 动 力分 析 结果 图 1 1 二 层 中柱 中点 D 的 Y 向加 速 度 时程 曲线 Fi g 1 1 y - d i r e c t i o n Ac c e l e r a t i o n Ti me - hi s t or y Cu r v e s o f Po i n t D O 5 O 一 1 0 0 善 一 1 5 0 2O O 一 25 0 时 间 ms 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 O O 图 1 2 A点 竖 向 位移 时 程 曲 线 ( p =z o k N m ) Fi g 1 2 Ve r t i c a l Di s pl a c e m e nt Ti m e - hi s t o r y Cu r v e s o f P o i n t A ( p=2 0 k N m ) 从 图 l 2 ， 1 3可 以看 出 ， 采 用规 范 中的非 线 性 动 力 分析 得 到 的结 果 与 比例距 离为 0 7 O m k g 邝的 情况相符 ， 且 2种分析下结构都发生了局部连续倒 塌 。在 爆 炸荷 载 的 比例 距 离 小 于 0 7 0 m k g 一 。 时， 爆炸荷载作用下剩余结构 的内力大于非线性动 力 分析 下结 构 的 内力 ， 结 构倒 塌 情 况 更 加 严 重 。另 外 与 图 6 ， 7对 比可 以看 出 ， 结 构 所 承受 的竖 向荷 载 越 大 ， 在关 键柱 失效 后越 容 易发生 倒塌 。 4 2 0 叫 一 g Ss 一 、 晨 噩 I 结 = 析 分 疗 m m m动 性 三 一 一 g g g g k k k k m m m m 5 5 5 5 4 5 6 7 O O O 0 = = D D D D _ Il 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 建筑科学与工程学报 2 0 1 5丘 日 羔 毯 匠 暴 时 蠕 墨 时 间 ms D= 0 4 5m k g 一 一 一 D= O5 0m k g 一 一一 D= O 5 5m k g D= O 6 0 r fl k g 一 一 D= O 6 5m k g 一一D= 0 7 0m k g 一 D= 0 7 5m k g “ 非 线性 动 力 分析 结 果 图 1 3 1号钢筋单元轴 向应 力时程 曲线 ( p =2 0 k N m- 3 ) Fi g 1 3 Axi a l S t r e s s Ti m e - hi s t o r y Cu r v e s o f Re i nf o r c e d B a r El e me n t No 1( p=2 0 k N m ) 3 3底层 边柱 破坏 对 比分析 在墙 体 重度 为 1 5 k N m 时 ， 四层 框 架 边 柱 顶 点 B竖 向位 移 随 时 间变 化 关 系 如 图 1 4所 示 ， 所 考 察 的 2号 钢筋 单元 轴 向应力 如 图 1 5 所 示 。 O 叠 一 l 0 0 潍 -Z 一2 0 0 3OO 时 间 ms 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 图 1 4 B点 竖 向 位移 时 程 曲线 ( p= 1 5 k N -m ) Fi g 1 4 Ve r t i c a l Di s pl a c e me nt Ti me - hi s t o r y Cu r v e s o f P o i n t B ( p= 1 5 k N m ) 图 1 5 2号钢筋 单元轴 向应力时程 曲线( p =1 5 k N。 m ) Fi g 1 5 Ax i a l St r e s s Ti me - hi s t o r y Cu r v e s o f Re i nf o r c e d B a r El e me n t No 2( p= 1 5 k N m ) 从 图 1 4 ， 1 5可 以看 出 ， 非线 性 动 力分 析 中 B 点 位移 变化 以及 2号 钢筋 单元 轴 向应力变 化都 与直 接 模拟 中 的爆炸 荷载 比例 距离 为 0 6 5 m k g 时 的 情 况相 符 ， 也 就 是 说 在 爆 炸 实 际 距 离 为 3 m 时 ， 如 果 炸药 量小 于 9 8 k g ， 那 么 采 用 规 范 的 非 线 性 设 计 方 法较 为合理 ， 结 构 设 计 在保 守范 围 内。在 爆 炸 荷 载 的 比例距 离 小 于 0 6 5 IT I k g 时 ， 采用 非 线 性 动 力分析 方法 设计 的结 构 就 不能 满 足强 度 要 求 ， 可 能 致使结 构 发生倒 塌 。 结构 底层 中柱 中点 E 的 y 向速 度 时程 曲线 、 二 层 边柱 中点 F 的 y向速 度时程 曲线 分别 如 图 1 6 ， 1 7 所示 。 ， 1 g 鲁 g 删 叵 暑 g 宣 匠 ， 一 享 器 雾耋三霉 结果 一 ； 一D：O 5Omkg 一一 图 l 6 底层 中柱 中点 E的 Y向速度时程曲线 Fi g 1 6 y- d i r e c t i o n Ve l o c i t y Ti me - hi s t o r y Cur v e s o f Poi nt E 时间 ms 一 D：0 4 5m - k g -D= O5 Om k g 。 。 一一一 D：0 5 51T I k g ” 一 一 D= O6 0m k g 一 D=0 6 51 171 k g 一 D= 07 0m k g 非线 性动 力 分 析结 果 图 l 7 二 层 边柱 中 点 F 的 Y 向速 度 时 程 曲线 Fi g 17 y - di r e c t i o n Ve l oc i t y Ti me - hi s t o r y Cu r v e s of Po i nt F 从 图 l 6 ， 1 7可 以看 出 ， 在 非线 性 动 力分 析 中 由 于结构 没有 受到 沿 向的动 力 ， 所 以底 层 中柱 中点 E、 二层 边柱 中点 F在 向上 速 度 几 乎 为 0 。在 爆 炸荷 载作用 时 ， 点 E 和点 F 位置 的单 元 瞬问产 生 初 始 速度 ， 并且 爆 炸荷载 作用 越大 ， 产生 的初始 速度 也 就越 大 。另外 ， 由于结 构 底 层 中柱 在 爆 炸荷 载 作 用 下并 没有发 生破 坏 ， 也 没有 产生 较大位 移 ， 故在爆 炸 荷载 作用后 ， 其 速 度 又恢 复 为 0 。在 爆 炸 荷 载 作 用 下 由于底 层边 柱破坏 而使 结构 二层 边柱 及 以上 结构 失去 支撑 ， 随爆 炸荷 载 的增大 ， 二层 边跨 随后发 生倒 塌 而又使 F点 产生 了 Y 向速度 。 在 墙体重 度 为 2 0 k N r n 时 ， 四层 框 架 边 柱 顶 点 B竖 向位移 时程 曲线 如 图 1 8所示 ， 所考 察 的 2 号钢 筋单元 轴 向应力 时程 曲线 如 图 1 9所 示 。 加 = 厦辑 斟蝮 器 N 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 姚宇飞， 等 ： 爆 炸荷载下钢筋混凝土框架结构连续倒塌分析方法比较 7 1 0 一 l O 0 吕 一 2 o 0 3OO 时 间 ms 2 0 0 40 0 6 0 0 图 1 8 B点 竖 向 位 移 时 程 曲线 ( p=2 0 k N m- 3) Fi g 1 8 Ve r t i c a l Di s p l a c e m e n t Ti m e - hi s t o r y Cu r v e s o f P o i n t B ( p -2 0 k N m ) 山 逗 暴 l 媚 暖 心 图 1 9 2号 钢 筋 单 兀 轴 向应 力 时 程 曲 线 ( p 2 0 k N m ) Fi g 1 9 Ax i a l St r e s s Ti m e - hi s t o r y Cu r v e s of Re i nf o r c e d B a rE l e me n t N o 2( p =2 0 k N m ) 从 图 1 8 ， 1 9可 以看 出 ， 非 线 性 动 力分 析 中 B 点 位移 随 时间 变化 以及 2号 钢筋 单元 轴 向应力 随 时 间 变化 都 与 直 接 模 拟 中的爆 炸荷 载 比例 距 离 为 0 6 5 m k g 邝时的情 况相 符 ， 且 2种分 析下 结 构都 发 生 了局 部连 续倒 塌 。在 比例距 离 小于 0 6 5 m k g 时 ， 爆炸荷载作用下剩余结构的内力就要大于规范 中 的非线 性动 力分 析 下 的结 构 内力 ， 结 构 倒 塌 情 况 更加 严重 。 3 4 考虑 爆炸 荷载 作 用的 结构抗 倒塌 设 计方 法 在爆 炸 荷 载 作 用 下 ， 不 同 的爆 炸 荷 载对 引发 结 构相 同构 件 失效 时 产 生 的 整体 结 构 内力 都 不 相 同 。 采用 UF C 4 - 0 2 3 0 3规 范 中的设 计 方 法 设 计 的结 构 只适 用 于一定 范 围 内的爆 炸荷 载 引发结 构关 键构 件 失效 的情 况 。如果 在设 计 规范 中能增 加 对爆 炸荷 载 的考 量 ， 即根 据不 同爆 炸荷 载 等级 ， 采用 不 同的设 计 条 款 ， 那 么就 能更 加 准确安 全 地对 结构 进行 设计 ， 大 大增加了结构在恐怖袭击和意外爆炸发生时抵抗连 续倒 塌 的能力 。 依 据本 文 中所 做 的分 析 ， 可 以考 虑 针对 不 同 的 结构 类 型 、 不 同 的材料 类 型 ， 提 出一 个考 虑爆 炸荷 载 作用 效果 的爆 炸荷 载放 大 系数 ， 在 对 结 构 施 加 荷 载 组 合值 时运 用这 个 系 数 ， 使 结 构 抗 倒 塌设 计 更 有 针 对 性 。该 系数 可 以通 过 以下研 究方 法来 提 出 ： ( 1 ) 首 先建 立考 虑 不 同等 级 爆 炸荷 载作 用 的结 构分类等级 ， 以便确定不 同等级下结构所需使用 的 爆 炸荷 载放 大 系数 。 ( 2 ) 建 立大 量 的结 构模 型 ， 针 对 每 个 结 构模 型 ， 列 出替代传力路径法 中规定所需拆 除的关键构件 ， 在这 些关键 构 件 的不 同位置 上施 加不 同 比例距 离 的 爆 炸 荷载 ， 使得 该构 件发 生破 坏 ， 将结 构 响应结果 分 别 与 线性静 力 、 非线 性 静 力 和 非 线 性 动 力分 析 方 法 的结果进行对 比， 分别算 出一个与爆炸荷载比例距 离相关 的爆炸荷载放 大系数 。在该 系数参与下， 使 得结构线性分析和非线性分析结果与相应 比例距离 下爆炸荷载作用的结果相符 。该系数类似于静力荷 载放大系数， 使用时只需将其与荷载组合值相乘 ， 转 换 为竖 向或侧 向荷 载 的形式 施加 到结 构上 。 ( 3 ) 对 算 出 的爆 炸 荷 载放 大 系 数 进 行参 数 化 归 纳 ， 将 其 总结 整理成 表格 或公 式 ， 并总 结其 适用 范 围 及 使 用方 法 。 在结 构 抗 连续 倒 塌 设 计 时 ， 首先 判 断 结构 抗 爆 等级类 型 ， 即判 断结 构 可能 遭 遇 哪 种 程 度 的爆 炸 荷 载 ， 针 对该 爆炸 荷载 值 ， 计 算相 应 的爆 炸荷 载放 大系 数 ， 再 应用 到结 构受 力 分析 中 ， 对 结构 进行 抗连续 倒 塌设 计 。 4 结语 ( 1 ) 结 构 在 爆 炸 荷 载 作 用 后 ， 除 关 键 构 件 失 效 外 ， 其 余邻 近爆 炸 源 的构 件 都 产 生 了 不 同程 度 的初 始 应力 ， 某 些构 件 甚 至 出 现 了初 始 损 伤 。在 这 些 初 始应 力和 关键 构件 失效 后结构 内力重分 布 的共 同作 用下 ， 结构 很有 可 能发 生倒塌 。 ( 2 ) 在 同一 实 际 爆 炸距 离上 ， 炸 药量 越 大 ， 作 用 在结 构上 的反 射超 压 就 越 大 ， 在 初 始 状 态仅 一 根 结 构 柱 失效 时 ， 其 邻 近构件 产生 的初 始损 伤就 越大 ， 结 构 就越 容 易发 生倒 塌 ， 倒 塌 的速度 也越 快 。 ( 3 ) 由于没 有考 虑 爆 炸 荷 载 作 用 后结 构 产 生 的 初 始应 力 ， 因 而 UF C 4 - 0 2 3 0 3规 范 中的非线 性动 力 分 析方 法仅 适 用于某 特 定范 围 内的爆炸 荷 载作 用下 的结 构 响应 分 析 。一 旦 爆 炸 荷 载超 出该 范 围 ， 由该 方法 设 计 的 结 构 便 不 能 抵 抗 由爆 炸 引 发 的 连 续 倒 塌 。 ( 4 ) 对于两跨结构来说 ， 相 同的爆炸荷载下结构 中柱 比结构 边 柱更 容 易 发 生破 坏 ， 中 柱 的最 先 破 坏 比边柱 的最 先 破 坏 更 容 易 导 致 结 构 的整 体 倾 覆 倒 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 建筑 科 学与工程 学报 2 O 1 5生 塌 。基 于对 比分 析 结 果 ， 本 文提 出 了引 入 爆 炸荷 载 放大 系数 的设想 来 考 虑爆 炸 荷 载 作用 的影 响 ， 进 而 对结构 进行 连续 倒塌 分析 和抗连 续倒 塌设计 。 参考 文献 ： R e f e r e nc e s ： 1 赵 均海 ， 冯红波 ， 田宏伟 ， 等 土 中爆炸 作用 的数值 分 2 3 析 J 建 筑 科 学 与 工 程 学 报 ， 2 o 1 1 ， 2 8( 1 ) ： 9 6 9 9 ， 1 17 Z HAO J u n h a l ， FENG Ho n g b o， TI AN Ho n g we i ， e t a 1 Nu me r i c al An a l y s i s of Expl os i o n Pr oc e s s i n So i l J J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 011， 2 8(1 )： 9 6 - 9 9， l1 7 胡志坚 ， 唐杏红 ， 方建桥 近场爆炸时混凝土桥梁 压力 场与响应分 析 J 中国公路 学 报 ， 2 0 1 4 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 4 l 一 1 47， 1 57 HU Z h i j i a n ， TANG Xi n g h o n g ， F ANG J i a n - q ia o An a _ l y s i s o f Pr e s s ur e Fi e l d a n d Re s p ons e f or Co nc r e t e B r i d g e s Un d e r C l o s e B l a s t L o a d i n g J C h i n a J o u r n a l o f Hi ghwa y a n d Tr a ns p or t ，2 01 4，2 7(5)：1 41 1 4 7， 1 57 GSA 2 00 3， Pr o gr e s s i v e Col l a p s e Ana l ys i s a nd De s i gn Gu i de l i n e s f or Ne w Fe d e r a l Of f i c e Bu i l di ng s a nd M a j o r Mo d e r n i z a t i o n P r o j e c t s S 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 UFC 4 - 023 0 3，De s i gn of S t r uc t u r e s t o Re s i s t Pr o g r e s s i v e C o l l a p s e Un i f i e d F a c i l i t i e s C r i t e r i a S I Jv er mo r e So f t wa r e Te c hn ol og y Cor p or a t ionKe y wo r d Us e r S Ma n u a l M L i v e r mo r e ： S o f t w a r e Te c h no l o gy Co r p or a t i on， 2 0 1 2 M A1 VAR I J Re v i e w o f S t a t i c a n d Dy n a mi c P r o p e r t i e s o f S t e e l R e i n f o r c i n g B a r s J AC I Ma t e r i a l s J o u r na l ， 1 99 8， 95( 6)： 6 09 6 1 6 M AI VAR I J ， CRAW FORD J E Dy n a mi c I n c r e a s e F a c t o r s f o r C o n c r e t e C ff D D E S B Tw e n t y e i g h t h DDESB Se mi na r Or l a nd o： DDESB， 1 99 8： l l 7 I UCCI ( ) NI B。 ARAOZ GEr os i on Cr i t e r i a f or Fr i c t i o n a l Ma t e r i a