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1、钢筋混凝土框架剪力墙结构连续倒塌简化模拟YihaiBaoa,b ,Sashi K.Kunnatha,*a Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Davis, CA 95616, United Statesb National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899, United States摘要一个以宏观模型为基础，目的为使事后钢筋混凝土（RC）的框架剪力墙结构连续倒塌的分析研究。剪力墙简化模型
2、是用来模拟多层框剪系统的，这是因为由于重要的剪力墙有时会突然突然失去弹性。详细的有限元分析，不仅能够进行模型分析，而且还可以作为一种验证模型准确性的工具。两个四周框剪不同的地震带设计系统的模拟就是使用的该方法，其必须遵循一个部分剪力墙，以最底层突然失稳来进行比较和评价数值模拟。尽管崩溃的迹象是明显的系统，在结构成员的力量变化的详细调查表明，抗震设计的框架墙系统（SDC- D）是一个更强大的系统相比，低得多的需求而设计的，由于地震的系统其结构布局和地震详细的有效性。简化的方法是一个初步的钢筋混凝土框架结够连续墙倒塌事件的调查合适的办法。关键词 剪力墙 钢筋混凝土 连续倒塌非线性响 剪力墙结构1.
3、 介绍在实际的设计方法，以加强对倒塌结构抗力越来越多的结构完整性和/或稳定性。程序将其纳入设计过程中逐步倒塌的考虑是由美国通用服务提供的，只是发表指导性文件和国防部署提供。然而，这些文件没有提供足够的资料的程序，特别是数值模拟准则来开展建筑物倒塌研究。许多研究者已进行了调查倒塌的数值模拟。除了那几个简化，假设安泰推出，使全球应对预文辞事实上，这些研究仅限于框架结构。简单建模方法进行钢筋混凝土框架剪力墙结构，特别是可靠的分析仍然是即将出版。在倒塌的进步螺柱，大型墙框架结构的独立实体缺少的部分原因都可以归结为可靠的宏模型，纳入墙和框架组件的缺乏。对梁柱框架系统建模的知识是丰富的，不需要重复。剪力墙
4、建模，另一方面，已经看到了一些进步，并通过三个基本方法来演变演变：反应的主要模式7-11，多弹簧宏模型12 -15和有限元模型，这三个模型是从梁柱式模型得出的。虽然剪切效应，可通过聚合串联弯曲梁柱元素非弹性剪切弹簧结合，真正剪弯相互作用是不能准确模拟。在梁，柱杆件弹塑性动作都可以通过集中代表可塑性或有限长度的分布沿着非弹性行为。模型参数标定对实现合理的模拟至关重要。多弹簧模型是由一组离散的弹簧等宏观因素，能够使全款的应变分布得到更好的代表以及中性轴横向荷载下迁移的集合。Massone 17最近的努力扩展了Colotti 15提出的纳入位移的梁柱从而促进剪剪弯钢筋混凝土面板交互元素行为。最后，应
5、当指出，在任何情况下，只是剪力墙在二维平面和三维效果是不会考虑的。一个理想的建模方法的计算应有效地进行大规模模拟，而这两个框架组件的大型壁和位移响应的必要和关键的影响仍然是很重要的。在这项研究中，一个简单的剪力墙模型，提出了让一个渐进的倒塌分析当某剪力墙的重要组成部分，是在最低的事故中删除的。一个宏模型的方法，本质上是采用现有的模式为基础，以实现模拟和比较研究的目标是进行了两个双（框剪）系统，研究了抗震设计的有效性和有效地增强了混凝土性能的详细说明双系统。2. 提出的方法和局限 一般来说，连续倒塌仿真，无论是直接进行分析，其中装载的是仿照明确规定，还是通过间接的分析，实际装载事件导致结构损坏虽
6、然不是从加载事件造成的损害后果但还是为蓝本进行了评价。如果装载和受影响地区的一个结构类型可以很好地确定，直接分析可以用来提供一个损害事件的实际性能进行精确的代表性。由于在确定的确切性质和装载位置不确定，独立的方法经常被用来评价一个结构抗连续倒塌，以评估该系统冗余抗重力负荷。备用荷载路径法（APM）的是一种独立的方法，在GSA的1准则的建议。就本研究目的，采用APM是作为分析的方法来评估钢筋混凝土框架墙系统抗连续倒塌。一个大型的综合使用详细的结构有限元模型系统可连续倒塌仿真计算望而却步，因为它涉及到几何和材料非线性和动态效果。因此，开发简捷而可靠的结构模式是符合成本效益的倒塌模拟重要。在这项研究
7、中，宏模型技术来模拟大型结构件变形反应，如梁，柱，关节和剪力墙。在地方一级的物理现象为代表的，都是透过高逼真度的有限元分析模型校正减少。开放源码平台的18是用于实现和验证了提出的宏模型的方法。梁和柱的结构系统是采用模拟部分集成纤维梁单元。在国防部，梁柱接头鹅岭详细的讨论可以发现，作者19在以往的研究。对部分受损剪力墙模型，基于多垂直线元模型最初是由Kabeyasawa20等人提出（MVLEM）和Vulcano 21的增强等。他们所提出的建模方法的详情，将在以下各节描述。合作的转动变换，由开放源码平台18提供，用于执行大排量条件下，一个完全的梁/列元素几何转换。由于本研究主要评估框剪系统在重力荷
8、载性能的重点，这些材料被认为是率无关。但是，必须考虑利率的依赖，如果高速碰撞的直接影响需要加以调查。楼板不包括在目前的研究基地，但其影响预计将影响整体的渐进性倒塌。法团的板效应需要一个三维模型，是正在进行的研究学科的发展。3. 剪力墙建模 剪力墙两种类型被认为是本研究：一个完整的剪力墙和剪力墙部分受损。完整的墙模型需要有能够代表主要的破坏模式：弯曲和剪切滑动。损坏的部分墙模型，另一方面，应该代表当地的影响，这可能会影响整体的反应以及承担损害的情况下失效机理。在这项工作中，重点放在既简单性以及需要制定一个完整的框架体系墙体倒塌分析的方法。虽然研究假设正好一半下层墙体损坏原因是极端荷载条件下，描述
9、的过程可以扩展到其他涉及局部壁损伤情况。规则和不规则的边界被认为是损害了模拟。3.1完整的剪力墙建模一个完整的剪力墙模型是基于多垂直线元素剪力墙行为是一种垂直平行弹簧和一个水平弹簧片数来模拟非弹性轴向，剪切，弯曲响应和代表元素，而刚性元素用来表示，隔离墙的物理尺寸。一垂直线的多元素的简单形式的计划最初由Kabeyasawa20等。改进的版本，这种方法至今已开发了14,15已经证明，这种方法捕获壁反应的重要功能，其他的简化模型不能体现，例如，在中性轴的迁移，并提供其他研究者精致的能力，包括材料模型来描述，如轴向，弯曲和剪切国际行动的重要作用。该模型由Orakcal14等人研究的参数。包括宏观墙彼
10、此沿着墙（米），每个单元数目墙垂直元素（n）和旋转参数（C）中心高度堆叠的元素数。他们的研究结果表明，模拟全球重新响应不是很敏感的M或N的选择，只要选择合理的值代表的墙壁整体的物理特性。增加m或n取决于多少详细的分析结果是所需的。该中心的旋转参数C的变化将影响壁板强度和刚度横向预测，但这种影响可以通过堆栈安泰特别是在高度弹性的区域沿围墙的高度更多墙单元，以减少在曲率变化减少在每个墙元22。在这个文件中，c的值被指定为0.4按Vulcano21的建议等。建模方便，层高壁内段，提出了由单一MVLEM元素。该网站的截面是提交六纵两墙边元素和两个附加的列垂直元素表示3.2有限元分析部分受损剪力墙为了了
11、解整体的反应和破坏机制由于墙半部分在一楼的损失局部效应的影响，详细的有限元分析进行。由于利益的反应，主要是由于重力荷载，位移控制加载下叠加，预计仿真模型的发展提供必要的信息。剪力墙的原型是取自十层的双系统办公Ghosh和联营公司23设计建设。同一建筑物也被用来调查的文件系统的反应后的下一个较低的墙突然取消部分。3.2.1元素和材料模型有限元分析进行了使用商业软件戴安娜模型24。八节点等参四边形平面应力元素（CQ16M）用于剪力墙建模小组自外的平面应力一般较小，可在不显着影响的模拟精度忽略。具体行为描述，通过总应变断裂模型。混凝土裂缝的模型表示使用固定或旋转弥散裂缝方法，被普遍认为将超过连续模型
12、来模拟混凝土的可靠峰后的反应。在混凝土剪力墙网站被认为是无限制的，但横向限制效应是在边缘柱核心混凝土考虑。压应力应变关系的混凝土基础上，在戴安娜模型可用，是由Thorenfeldt25等人。混凝土拉刚认为，和应力应变曲线的下降部分使用功能的基础上软化模型型断裂能源Hordijk 26提出。墙上的钢条被建模为涂加固钢筋和混凝土之间的完美结合承担。这是剪力墙建模自粘结滑移的影响合理的假设是小于梁柱接头区具有重要意义。在钢铁材料的响应是仿照使用的1.0的假设初始刚度比米塞斯各向同性硬化塑性模型。3.3.对部分损坏的墙体建模详细的有限元分析结果表明，一个高度非线性区主要集中在最低的两个区域，而其余的大
13、多仍然剪力墙在整个模拟（图2）弹性。比较两种分类旋转沿围墙的高度为墙载荷下的变形：一种是不支持旋转壁记为a，另一个是该支墙轮换b指出。显着的区别是a和b故事中直接观察到上述损坏的故事。这表明在剪力墙截面高度非线性区没有在同一平面上更长的时间。因此，简单地删除损坏的墙壁，代表没有反映对受损剪力墙竖向构件局部效应的行为。一个不受支持的一段长城的简化模型在第二个故事一级的发展如图所示。 2。对应力分布的基础上，对不支持的第二个故事墙有效面积为假定为上三角地区是由一对角弹簧堪萨斯州的代表。外柱为蓝本使用弹性元件和下三角地区是由一个水平的春天因次周波数。这些弹簧性能校准与有限元分析，从目前的研究结果。对
14、于整个受损剪力墙模型简化模型描述图3。该模型参数C，假设为0.1在第二个故事，因为旋转中心预计将接近底部的位置，由于应力集中。这个参数是额外的进一步验证了这一段长城配置被修改，以代表不同的高度对深比参数研究。的最低两个故事为蓝本剪力墙网络使用10垂直元素，以捕捉在这些高度非线性区失败的详细的进度。参考文献 1 General Services Administration. Progressive collapse analysis and design guidelines for new federal office buildings and major modernization pr
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