Прогрессирующее обрушение железобетонных конструкций: лежащие в перспективе
Через аварии или террористического акта, структуры могут быть при соблюдении условий, которые могут привести к прогрессирующее обрушение. Перераспределение нагрузки после введенных местными повреждения структуры зависит от прочности, преемственности, избыточность и деформация и диссипации энергии потенциала структуры. Для железобетонных конструкций кадр, эти характеристики зависят от сейсмических и ветровых нагрузок дизайн в значительной степени. В данной работе, используя реакцию многих степенями свободы и эквивалентного с одной степенью свободы системы, показано, что уязвимость ограждающих конструкций с прогрессирующее обрушение вызвано антропогенных катастроф во многом зависит от их устойчивости к стихийных бедствий. Показано также, что после потери столбца и, несмотря удовлетворения текущих требований структурной целостности, преждевременной пучка нижней панели перелом может произойти. Такие разрушения бар можно избежать, если минимальный нижний луч непрерывного баров равным минимальной изгиб арматуры.
Ключевые слова: бар разрушения; хрупкому разрушению, целостности требованиям; нагрузки перераспределения; прогрессирующее обрушение.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Прогрессивная распада определяется как распространение первоначального местных отказом от элемента к элементу, в конечном итоге привело к краху всей структуры или непропорционально большую часть it.1 Последние теракты показали, что большинство аварий происходит из-за обрушения здания, а не первоначального взрыва или удара. То есть, постепенное увеличение распада вероятность массовых жертв. Меры предосторожности могут быть приняты в разработке структуры, чтобы ограничить последствия локального разрушения и противостоять прогрессирующее обрушение. Breen2 и Эллингвуд и Leyendecker3 провели разграничение между прямыми и косвенными дизайна. Косвенные дизайн включает в себя рассмотрение неявное сопротивление прогрессирующее обрушение на основе положений минимальный уровень прочности, преемственности, и пластичности. Прямая конструкция включает точный учет сопротивления прогрессирующее обрушение двумя методами. Одним из них является альтернативным методом путь, по которому местные неудачи допустит, но стремится обеспечить альтернативные пути нагрузку так, чтобы ущерб, поглощается и основных коллапс предотвратить.
Другой метод состоит в конкретных местных метод сопротивления, который стремится обеспечить сил, чтобы сопротивляться провал. В то время как прямые конструкция используется при разработке положений разработанных специально для анализа прогрессивного распада структур, 4,5 общих строительных норм и standards1, 6 использовать косвенные дизайн за счет увеличения общей целостности структуры ..
ACI 318-056 требования к структурной целостности для улучшения избыточности и пластичности в структурах, которые основываются главным образом на предоставление некоторых непрерывного армирования балки и напольные системы для преодоления поврежденных поддержки. После потери колонны, вес перевозимого груза таким элементом должно быть перераспределены между соседними элементами. Перераспределение зависит от силы, деформации потенциала, а также рассеяние энергии возможностей пострадавшего элементов. В то время как сопротивление прогрессирующее обрушение в первую очередь вопрос о тяжести грузоподъемности, конструкции элементов также зависит от потребностей других нагрузок, таких как сейсмические и ветровые действий. Иными словами, если элементы сопротивления прогрессирующее обрушение было больше возможностей за счет более сильный ветер и сейсмические эффекты, используемые в конструкции, они имеют более высокую вероятность того, ограничить первоначальный местных повреждений и предотвращения прогрессирующее обрушение.
Воздействия сейсмических подробно о прогрессивных сопротивление структур обсуждаются Breen.2 Более поздние publications7-9 также обсудили отношения между сейсмическими дизайн / восстановления и прогрессивного сопротивления краха. Corley8 и Хайес и др. al.9 изучили влияние альтернативных сейсмических дизайн и укрепление, соответственно, Мерра Федерального Опираясь на свой крах. Они отметили положительное воздействие сейсмостойкости на прогрессивное сопротивление коллапсу. Основная цель данной работы заключается в оценке эффектов уровней дизайн боковых нагрузок на прогрессивное сопротивление распада ограждающих конструкций после первоначального отказа местных.
Первоначальный местных ошибка может быть связана с различными источниками. Например, в случае взрыва, волна воздуха взрыва ударной является основным механизмом повреждения. Повреждения, вызванные воздушная ударная волна может быть разделен на прямые и воздушная ударная волна и прогрессирующее обрушение. Прямая воздушная ударная волна эффекты повреждений, вызванных высокой интенсивности давления, что вызывает неспособность локализованных близлежащих зданий. Такие частичного выхода из строя зависит от размера взрыва, ее расстояние до здания, а само здание характеристик. Структуры могут ограничить ущерб изначально пораженной зоны, в противном случае краха могут распространяться. Эта статья оценивает такой потенциал распространения коллапса и прямого воздействия воздушного взрыва не изучены.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В данной работе, уровень дизайна боковой нагрузки определяется как важный фактор в ограничении вертикальной деформации и сопротивлении прогрессирующее обрушение железобетонных конструкций кадра после утраты колонке. , Касающихся потенциальных прогрессирующее обрушение в разработку нагрузки могут быть использованы для выявления существующих структур, которые более восприимчивы к прогрессирующее обрушение на основе их уровня ветра и сейсмических нагрузок дизайн (сайт местах). Кроме того, изменения в целостности ACI требований обсуждали, что может увеличить сопротивление прогрессивных распада структурах, предназначенных для низких уровней боковых нагрузок.
СТРУКТУРЫ, подлежащих оценке
На рисунке 1 показан типичный план структуры, которые будут оцениваться. Каждая структура семь-этажное здание с обычного железобетона (RC) кадров. Высота первого этажа составляет 14,5 футов (4,42 м), и что из историй выше 11,5 м (3,51 м). Пол один конец балки системы в поперечном направлении. Пролет в поперечном направлении устанавливается равным 30 футов (9,14 м), чтобы экономические этаже балки system.10 общая глубина этажа системы 20 дюймов (0,51 м), в том числе твердые плиты 4 дюйма ( 0,10 м) толщиной 1,5 часа пожар resistance.11 глубину всех пучков равна глубине балки системы пол и ширины пучка установлены по меньшей мере равную ширину столбцов, чтобы свести к минимуму стоимость опалубки. Экстерьер и интерьер колонок квадратных сечений 18 дюйма (0,457 м) и 22 дюйма (0,559 м), соответственно. Усиление класса 60 KSI (413 МПа), используется наряду с конкретными прочности при сжатии 5 KSI (3,4 МПа). В конструкции здания, требования целостности satisfied.6 временная нагрузка устанавливается равным 50 фунтов/фут2 (2,39 кН/м2) на проектирование.
В дополнение к весу структурные элементы, раздел мертвым грузом 20 фунтов/фут2 (0,96 кН/м2) предполагается. Вес отделки полов, потолков и механических систем 10 фунтов/фут2 (0,48 кН/м2) также считается. Равномерной нагрузке в 100 фунт / фут (1,46 кН / м) используется для бесструктурных внешних компонентов применяется по периметру рамки ..
Два разных уровнях дизайн боковых нагрузках рассмотрел возможность обращения в Международный Строительный кодекс IBC-03,11 Одно здание предназначено для среднего уровня боковых нагрузках (находится в Атланте, штат Джорджия), а другой предназначен для сайта с одним из наименьшее количество конструкция боковых нагрузок в США (Minneapolis, MN). Сейсмические нагрузки регулируют конструкции здания Атланте на боковых нагрузок и базы сдвига коэффициент 0,062 находится в обоих направлениях. Проектирование здания Миннеаполисе в продольном направлении находится под контролем сейсмических нагрузок и базы сдвига коэффициент 0,01 используется. В поперечном направлении, однако, ветровых нагрузок управления дизайна (за исключением двух верхних историй связано с различным распределением ветра и сейсмических нагрузок). Сдвига дизайн базы в поперечном направлении, в 1,5 раза, что в продольном направлении. Рис 2 (а) и (б) показывают усиление детали второй балки связана с D3 Джойнт ". Для обеих структур, три различных пучка арматурного проката модели используются.
Аналитическое моделирование
Использование компьютерных программ, 12 трехмерных моделей конечных элементов зданий были разработаны. Луч элементов с локализованными пластические шарниры были использованы для моделирования нелинейности материала балки, перекрытия и колонны. Балки были смоделированы с Т-и L-секций и балки были смоделированы с Т-секции. Эффективная ширина фланца на каждой стороне балки и перекрытия была принята равной 16 дюйма (0,406 м) (регулирующие требования основаны на МСА 3186). Для учета нелинейности материала пластинки элементов, 4 дюйма (0,10 м) толстых плит были смоделированы на двумерных сеток пучков с прямоугольного поперечного сечения с локализованной пластической петель. Для прямоугольной секции моделирования плиты, из-за разницы между сдвигового течения в слое, и что при моделировании пучка элементы плиты, жесткость на кручение была принята равной 1 / 2, что валовой sections.13 результаты анализа показал, что ни один из разделов потрескались при кручении. При расчете изгибной жесткости трещины секции секущая жесткость связана с первой урожай used.14 геометрической нелинейности приходится на (то есть, уравнения равновесия были написаны в деформированной конфигурации структуры).
Динамических характеристик СТРУКТУРЫ
GSA4 и DOD5 обеспечить угрозы независимых методов для изучения потенциальных прогрессирующее обрушение конструкций. Эти методы используют различные сценарии для начала локального разрушения. Один из этих сценариев является мгновенное удаление столбца первом этаже расположен почти в центре внешней рамке. Временная нагрузка устанавливается равным 1 / 4 от дизайна живут load.4 Потому что это невозможно объяснить все возможные угрозы, философии дизайна в вышеупомянутых руководящих принципов, чтобы дать возможность местным ущерб, но для уменьшения возникновения прогрессирующее обрушение.
Первоначальный отказ местных в результате удаления столбца моделировалась внезапным выбросом из результирующей силы конце column.15 Во-первых, проанализирована структура под тяжестью нагрузок и в конце силы колонке были быть удалены определены. Затем колонна была удалена, а вместо этого, первый столбец история верхней реакций были применены к структуре, а также тяжесть нагрузки. Обратите внимание, что результаты такого анализа идентичны тем, которые предыдущего анализа, где столбец не был удален. Наконец, силы равные и противоположные силы применявшиеся ранее в отношении структуры в верхней части колонки удалены вдруг применяются. Это модель для внезапного удаления столбцов и динамический анализ был проведен. Потенциальные неудачи элементов после динамического перераспределения нагрузки, был смоделирован посредством соответствующих деформации силы (момента вращения) отношений.
На рисунке 3 показана перемещения ответы этих двух структур в верхней части удалить столбец (Объединенная D3 на втором этаже, см. рис. 1) в зависимости от времени. Как видно, максимальное вертикальное смещение слабые структуры (предназначен для Миннеаполис) была примерно в 3,5 раза, что более сильной структуры (предназначен для Атланта). Обратите внимание, что единственное различие между двумя структурами, что они были разработаны для различных уровней боковых нагрузок. В самом деле, сечения размеры структурных элементов для двух структур совпадают, и только количество продольной арматуры в двух структурах отличаются.
Атланта структуры
Рисунке 4 () показывает, деформированную форму (не в масштабе) и пластического шарнира (твердых кружки) образец для структуры Атланте на пике вертикальных перемещений. Только важной частью структуры показали, что между осями 2 и 3, а также С и Е (см. рис. 1). Колонке деформации пренебрежимо малы по сравнению с пучком деформаций. Заметим, что аналитическая модель разработана так, что пластические шарниры могут потенциально форму, близкую к какой-либо пересечения элементов. Нет пластиковые петли формируются в балки. Как видно, в продольных балок на преодоление удалить столбец, в то время как положительные пластические шарниры (напряжение в нижней части) образуются в центре на всех этажах (на лица D3 колонке), негативное пластические шарниры (растяжение в верхней ) образуются только на верхних четырех этажах (в лицах Столбцы C3 и E3). В поперечном направлении, только отрицательные пластические шарниры образуются два верхних этажа Балки D2-D3 (в лицо Колонка D2). Максимальная пластического шарнира вращения спроса 0,004 (0,4% склона) в структуре происходит в седьмом этаже на концах продольной балки (отрицательный изгибающий момент).
Учитывая пластического шарнира длину, равную 1 / 2 глубины пучка и проведения разделе анализа, потенциал пластической вращения составляет приблизительно 0,071 (7,1% наклон), что связано с потерей почти все изгиб. Обратите внимание, что изгиб потенциала поворота сечения составляет примерно 18 раз выше, чем спрос ..
Миннеаполис структуры
Рисунке 4 (б) показывает, деформированную форму (не в масштабе), и пластический шарнир шаблон для структуры Миннеаполисе на пике вертикального перемещения. Заметим еще, что аналитическая модель разработана так, что пластические шарниры могут потенциально форму, близкую к какой-либо пересечения элементов. По сравнению со структурой Атланте, более пластические шарниры были сформированы в плит, как и ожидалось из-за больших деформаций. Как можно видеть, пластиковые петли были сформированы на концах поперечных и продольных балок на всех этажах, которые связаны с D3 Джойнт ". Пластиковые петли образуются также на обоих концах балки, прилегающей к поперечной балки D2-D3 на всех этажах. Максимальная пластического шарнира вращения около 0,021 (2,1% склона) встречается в структуре в середине второго этажа продольного пучка на преодоление удалить столбец (положительный изгибающий момент), в лице D3 колонке. Поведение положительных петли в пучках в лицо D3 Колонка отличается от других, петли, которые будут описаны в следующем разделе ..
ЧЕСТНОСТЬ ТРЕБОВАНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПОТЕНЦИАЛ
Для обеспечения структурной целостности, одним из требований, предусмотренных в 318-056 ACI является то, что по крайней мере 1 / 4 от напряжения, необходимого для укрепления положительного момента (внизу полосы) в середине пролета, но не менее чем за два бара должно быть непрерывным по периметру пучков . В случае структуры Атланта, из-за воздействия боковых нагрузок и связанных положительных изгибающих моментов, разработанные в пучки на гранях колонн, две № 8 (D = 25 мм), бары должны были в качестве нижнего армирования периметру пучков в лицо столбцов. Потому что почти такое же количество нижней укрепление нужна в середине пролета, два бара были использованы в качестве нижней непрерывное усиление по периметру пучков (см. рис. 2 ()). В случае структуры Миннеаполис, однако из-за меньших боковых нагрузок в конструкции, только две № 5 (D = 16 мм), бары используются в качестве нижней непрерывного усиления (см. рис. 2 (б)). Это связано с продольной коэффициент усиления (область растяжения укрепление разделить умножением ширины Сети и эффективная глубина секции) около 0,0018, что составляет почти половину от минимальной изгибной коэффициент усиления 0,0035, как определено в МСА 318 -05,6 Столь малое отношение продольной арматуры приводит к изгибу выход Мои быть значительно меньше, чем крекинга изгибающего момента Мкр ..
В структуре Миннеаполис, как только изгиб формы трещины в луч в лицо Колонка D3 (см. рис. 5), потому что мой
При моделировании нелинейных петля в месте, где Мкр больше, чем мой, после изгибающий момент достигает Мкр, прочность падает до Мой. После такого снижения прочности при изгибе, прочность увеличивается по мере вращения на месте трещины увеличивается. Такое увеличение численности связано с деформационного упрочнения арматурного проката за уступку. Результаты анализа показывают, что максимальный спрос на поворот на втором этаже Луч C3-D3 (E3-D3) в лицо D3 Колонка составляет примерно 0,021 (2,1% склона). Это соответствует пик вертикальное смещение 4,53 дюйма (0,115 м) (см. рис. 3). Теперь вопрос в том, может ли луч обеспечить такое количество вращения или же арматуры разрушения заранее?
После образования трещины на лицо D3 колонке, не будет быстрого роста стали стресс, что приводит к дифференциальным движения (скольжения) между стали и бетона. Это скольжение будет проявляться в увеличении ширины трещины (см. рис. 5). На некотором расстоянии от трещины, совместимость стали и бетона будет восстановлен и поведение будет однородным. Вращения потенциала в конце пучка
... (1)
ес, где глубина трещины измеряется от центра растяжение арматуры (см. рис. 5). Из раздела анализа и предел прочности стали, в 1,5 раза текучести, ес находится примерно равна 17,4 дюйма (0,44 м).
Значение туалет общего удлинения арматурного проката (примерно равна ширине трещины в месте расположения стальной прут) при разрыве. Потому что ясно бетона для продольной № 5 (D = 16 мм), бар 1-7/8 дюйма (0,048 м), которая в три раза прутка диаметром, отсутствие расщепления связи вряд ли occur.6 , 17 В случае отсутствия связи провал расщепления, Wc зависит от укрепления диаметром бар и напряженно-деформированного отношений, а также конкретные прочность (примерно пропорциональна квадратному корню из конкретных прочность на сжатие). Oesterle18 предложена методика оценки Wc, которая была в хорошем согласии с экспериментальными данными. В № 6 (D = 19 мм), баров и бетона на сжатие численностью приблизительно 6,4 KSI (44,1 МПа), Oesterle18 оценкам Wc приблизительно равна 0,5 дюйма (12,7 мм), связанные с арматурного проката разрушения (для категории 60 KSI [413 МПа] с конечной к текучести отношение 1,5 деформации и разрушения около 0,12). По той же стали арматурного проката характеристики п.
5 (D = 16 мм) и бетона на сжатие силой 5 KSI (34,4 МПа), которые используются в настоящем документе, туалет в баре разрушения приблизительно равен 0,56 дюйма (14,2 мм). Используя формулу. (1), изгиб способность вращения около 0,032 (3,2% наклон) получается, что больше, чем спрос вращения 0,021 (2,1% наклон) ..
В то время как оно было ранее обсуждали, что дно разрушения бар не входит в структуру Миннеаполис после удаления внешнего один столбец, важно понять, когда изгиб доходность составляет менее крекинга изгибающий момент, бар разрушения изгиба может произойти в относительно небольшой ротации. Если такие преждевременному разрушению бар нижней произойдет из-за изгиба, очевидно, такого усиления не будет участвовать в развитии контактного действия, как это предусмотрено в ACI 318-05.6 Для того чтобы избежать такого возможного разрушения нижней арматуры, целостности, предъявляемые к конструкциям RC в ACI 318-056 может быть изменена таким образом, что непрерывная баров нижней бы минимальную сумму в размере минимальной изгибной укрепление раздел, в котором требует дальнейших исследований.
МЕХАНИЗМЫ LOAD ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ
Как видно на рис. 4 (а) и (б), вертикальных деформаций балки, перекрытия и плит в различных этажей для каждой структуры, практически идентичны. Это связано с осевой жесткости колонны над удалить столбец, которые соединяют этажи вместе. То есть, примерно через 0,01 до 0,02 секунд после удаления столбца, во всем доме начали двигаться вниз, практически одинаково. Такое поведение более описывается Сасанидов и др. al.19 и Сасанидов и Kropelnicki.20
После удаления Колонка D3 (рис. 1), нагрузка, ранее осуществлявшиеся колонке перераспределяется через балки и напольные системы на соседние колонны. Действий Вирендель поперечных кадра D перераспределяет часть нагрузки на D2 колонке. Развитие действия Вирендель сообщается в полномасштабную экспериментальную оценку фактического structure.19 Это означает, что взаимодействие между изгиб балки D2-D3 D3 и столбцы в рассказах выше удалить столбец (кадр действий) приводит к деформации двойной кривизны балок и колонн. Это, в свою очередь, меняет направление изгибающего момента в балке D2-D3 в непосредственной близости от D3 Колонка от негативного (растяжение в верхней части) к положительному (напряжение в нижней части).
Продольные балки по оси 3 также перенести на другую часть колонны D3 нагрузку на колонны C3 и E3 (рис. 1 и 4). После удаления столбцов, диапазон продольных балок на преодоление удалить столбец увеличился в два раза до 38 футов (11,58 м). Изгибающий момент в направлении балки C3-D3 и E3-D3 в непосредственной близости от Колонка D3 изменения от негативного (до удаления столбца) на положительное (после удаления столбца). Благодаря симметричной реакции балки, не было изгиб взаимодействия этих балок и колонн D3 в рассказах выше удалить столбец. В дополнение к вкладу продольных и поперечных балок в перераспределении нагрузки, пол и перекрытия твердых плит также передачу части нагрузки на соседние колонны. В таблице 1 приведены изменения осевой нагрузки соседних столбцов для этих двух структур. Как видно, в то время примерно 74% от осевой нагрузки удалить столбец (D3) передается в продольном направлении по столбцам C3 и E3 в структуре Атланте, это соотношение по структуре Миннеаполис примерно 52%.
Основной причиной меньшую часть нагрузки перераспределяется в продольном направлении в структуре Миннеаполисе является малое количество нижней усиление в центре продольной преодоления пучков. Обратите внимание, что сумма увеличения осевой сжимающей силы колонны в непосредственной близости от удалить столбец больше, чем осевое усилие колонки D3 (до удаления). Это связано с тем, что из-за кадра действия, осевой сжимающей силы нескольких колонн расположены дальше уменьшаются ..
Как говорилось ранее, максимальный вертикальное смещение структуры Миннеаполис примерно 4,53 дюйма (0,115 м). Это приводит к максимальной вертикального смещения по сравнению с общей длиной продольных балок на преодоление удалить столбец менее 1%. Для такого небольшого вертикального перемещения в пучке, эффект цепной действий в передаче нагрузки тяжести незначительна. Если нижний бар на лицо D3 Колонка была сломана в связи с одиночной трещины (как об этом говорилось в предыдущем разделе), однако, механизм передачи нагрузки путем изгиба продольных балок будет значительно ослаблена и вертикальные деформации увеличится. Такие разрушения бар бы также устранить участие нижней баров в развитии контактного действия. Затем, контактного действия продольного пучка через лучших баров бы участие в распределении нагрузки, как сообщили в экспериментальных и аналитических исследований по Сасанидов и Kropelnicki.20 Обратите внимание, что поперечное армирование будет противостоять тенденции верхней баров вырвать из бетона.
Еще одна акция передачи нагрузки были бы действия Вирендель поперечных кадра D, который использовал бы его остальные возможности перераспределять какую-то часть нагрузки. Обратите внимание, что из-за положительного изгибающего момента (напряжение в нижней части) в луч D2-D3 в лицо D3 колонке и из-за небольшого количества нижней арматуры в этом месте, перелом нижней бар также может произойти на этом месте ..
Pushover АНАЛИЗ
Для дальнейшего изучения взаимосвязи между прочности конструкций и их сопротивление прогрессирующее обрушение, пустяковое проводится анализ. Анализ проводится в четыре этапа. Первые две меры такие же, как в динамическом анализе. То есть, первая структура проанализированы под тяжестью нагрузки. Во-вторых, первый столбец история удаляется, а вместо этого последствия его верхней сил конце применяются к структуре наряду с силами тяжести. Обратите внимание, что деформированное и внутренних сил структурные элементы идентичны тем, что в конце первого шага. На третьем этапе, силы равные и противоположные стороны сил, приложенных в шаге 2 постепенно, приложенного к структуре. В конце этого шага, силы, связанные с D3 колонке полностью удаляются из структуры. На последнем этапе, только монотонно возрастающей вертикальной и вниз нагрузки применяется в дополнение к ранее приложенные нагрузки.
Рисунок 6 показывает результаты анализа пустяковое дело для структур, расположенных в Атланте и Миннеаполисе. Обратите внимание, что, поскольку количество арматуры в пучках в структуре Атланта более, что в структуре Миннеаполис, пучка изгибающих моментов и, в свою очередь трещины регионов по структуре Атланте, больше, чем для других структур. Кроме того, при расчете изгибной жесткости трещины секции секущая жесткость связана с первой доходность used.14 Таким образом, линеаризованной жесткость структуры Атланте (что соответствует первому уступая) меньше, чем для структуры Миннеаполисе. На рис. 6, твердые круги показывают, уступая первое точек, которые связаны с вертикальной нагрузки 130 KIPS (578 кН) и 240 KIPS (1067 кН) для Миннеаполиса и Атланты структур, соответственно. Концы третий шаг в анализе пустяковое, где влияние силы концу колонки полностью снимаются показаны квадратов (см. рис. 6). Анализы показали до 5 дюймов
(0,127 м) вертикальные перемещения, что немного больше, чем максимальное перемещение для динамического анализа структуры Миннеаполисе. На этом же рисунке эквивалентных билинейных отношения сила-деформация (пунктирные линии), которые будут обсуждаться в следующем разделе ..
ЭКВИВАЛЕНТНОГО одной степенью свободы СИСТЕМЫ
Ответ нелинейных с одной степенью свободы (SDOF) системы к действию (внезапное) нагрузок рассматривается в этом разделе. Рисунок 7 показывает соотношение билинейных деформации силу системы SDOF с выходом силы и выход перемещения Fy и y, соответственно. На рисунке также показано влияние резко прилагается постоянная нагрузка стоимости П. На максимальное смещение Применение закона сохранения энергии, вложенной энергии (P Если система незатухающие, ответ максимальное смещение может быть просто найти, приравнивая районах, находящихся под две функции показаны на рис. 7. То есть, для незатухающих SDOF системы с заданным forcedeformation отношения (жесткости), максимальное смещение ответ на внезапно прилагается (шаг) нагрузка не зависит от его массы (или период). Результаты анализа показывают то же самое верно для затухающих систем. Иными словами, для оценки максимальной реакции перемещения нелинейной системы SDOF в режиме нагрузки, надо лишь знать соотношение сил деформации и затухание системы и значение массы произвольно ..
Эквивалентные SDOF системы определяются оценить максимальное вертикальное смещение ответ два исследуемых структур в данном документе после удаления столбца. Важно отметить, что система SDOF эквивалентна структуре тяжести нагрузки и в конце силы удалить столбец применения (то есть незадолго до внезапной нагрузок), как показано на рис. 8. Для простоты и более доступными интерпретации результатов анализов SDOF в следующем разделе, билинейная отношения сила-деформация используются. На рисунке 6 показана эквивалентная билинейных силу деформации отношений для обеих структур. Начальная жесткость устанавливается равным секущая жесткость структуры на первом yielding.14 Для предполагается максимальное смещение, уступая после сегмента такая, что площади под кривой пустяковое анализа и билинейной модели равны. Отметим также, что в этом приближении работу других сил (кроме вертикальной силы) не учитываются. Потому что пост приносит склонах билинейной модели зависит от предполагаемого смещения максимума, таких перемещений устанавливаются равными значениями, полученными от динамического анализа.
В результате тесного представление нелинейных отношения сила-смещение в связанных билинейных один. В таблице 2 приведены характеристики двух билинейных моделей. Выход перемещения и дают силы (силы) находятся из пересечения отрезков билинейной модели ..
Для динамического анализа систем SDOF, как и для структур, декремент затухания Таблица 3 сравнивает с предполагаемой реакцией перемещения максимум несколько degreeof свободы (MDOF) и SDOF систем. Как можно видеть, что максимальная ошибка составляет 10%. То есть, чтобы эти две структуры, максимальное смещение системы MDOF было бы разумно предсказал их эквивалентные системы SDOF. Ответ билинейных систем SDOF используется в следующем разделе, чтобы изучить эффект от их силы на максимальное смещение (или вязкости) ответ.
Оценка реакции системы SDOF
Динамические характеристики системы SDOF с билинейной отношения forcedeformation резких нагрузках рассчитываются и результаты представлены на рис. 9. Расчеты выполнены для SDOF систем, имеющих выход силы Fy разделить на приложенной нагрузки P от 0,8 до 2,0. Деформационного упрочнения соотношение Как можно видеть, смещение спроса пластичности Для Fy / P менее чем до 1,3, однако, Например, падение Fy / P от величины от 1,0 до 0,8 (20%) для системы SDOF с 5% упрочнения приводит к увеличению примерно на 145% в
Как было показано в предыдущем разделе, что эквивалентные системы SDOF разумно прогнозировать максимальную ductilities перемещения (или смещения) структур. Таким образом, можно заключить, что при текучести структуры (как это определено в данном документе), меньше примерно в 1,3 раза приложенной нагрузки (осевая сила удалена колонка), незначительное снижение силы приводит к значительному увеличению Максимальный отклик перемещения. Такие большие перемещения (пластичность) спроса, в свою очередь, может привести к прогрессирующее обрушение конструкции, если спрос становится больше, чем возможностей. Заметим, что соотношения предела текучести к удаленной колонке осевое усилие (нагрузку) в Атланте и Миннеаполисе структур примерно 1,1 и 0,8, соответственно (см. рис. 9). Учитывая тот факт, что эти ценности являются на самом деле меньше, чем 1,3, небольшие изменения в свои силы (или в боковых нагрузках они предназначены) может значительно повлиять на их ответы перемещения. Таким образом, можно сделать вывод о том, что структуры, предназначенные для различных уровней опасных природных явлений может быть существенно разные уровни безопасности в отношении прогрессирующее обрушение ..
Влияние затухания
Для незатухающих системы, приравнивая входной и выходной энергии приведены на рис. 7, спрос перемещения пластичности
... (2)
где? = Fy / P и
На рисунке 10 показано соотношение перемещения пластичности требования билинейных систем SDOF с 0,0 и 0,05 затухания коэффициентов. Как видно, при меньших значениях? и Например, для? = 1,0 и Такой эффект затухания в снижении максимальной реакции смещение структуры могут быть использованы в восстановлении структуры подвержены прогрессирующее обрушение, добавив водобойные систем структур. Обратите внимание, например, что если коэффициент демпфирования в вышеупомянутой системы SDOF был увеличен с 0,05 до 0,20, максимальное смещение
ОТВЕТ за счет удаления двух соседних внешние колонны
Для дальнейшей оценки потенциальных прогрессирующее обрушение двух структур, местных первоначальный отказ определяется как удаление двух соседних столбцов внешних C3 и D3. Максимальное вертикальное смещение ответ структуры Атланте, оценивается примерно в 4,5 дюйма (0,114 м) в верхней части колонны удалены. Максимальная пластического шарнира вращения спроса оценивается равным 0,022 (2,2% склона) при отрицательных петли в конце продольной балки, которая по-прежнему значительно меньше, чем мощности, что составляет приблизительно 0,071 (7,1% склона).
Для структуры Миннеаполис в вертикальное смещение примерно 7,35 дюйма (0,187 м), поворот луча спроса на B3-C3 на лицо Колонка C3 (Beam E3-D3 в лицо Колонка D3) достигает значения 0,032 ( 3,2% склона). Это равно проектную мощность вращения пучка при положительном изгибе (нижней баров напряженности), которые были рассчитаны ранее. Таким образом, перелом нижней баров до разработки контактного действия. После разрушения бар, изгиб сопротивление продольных балок, будут крайне малы, и структуры потребует значительного перераспределения нагрузок через такие механизмы, как цепная мер, представленных пучка верхней reinforcement.20 Заметим, что если минимальный изгиб укрепления были использованы в качестве нижнего непрерывного подкрепления, вращения мощность пучка составит примерно 0,073 (7,3% склона). В этом случае максимальное смещение структура будет примерно 9 дюймов (0,229 м), максимальный спрос вращения 0,04 (4% наклон), которая будет меньше, чем вращение емкости.
ВЫВОДЫ
Он обсуждал этот кадр структурных систем, разработанных на разных уровнях опасных природных явлений, таких как ветры и землетрясения имеют различные уровни защиты от прогрессирующее обрушение. В самом деле, было показано, что после потери столбца в структуре RC рамы с? меньше, чем приблизительно 1,3, небольшой процент сокращения численности критических элементов (за счет меньшего дизайн боковых нагрузок) приводит к значительно большим процент увеличения вертикальной деформации. Например, падение? = Fy / P от величины от 1,0 до 0,8 (20%) для системы SDOF с 5% упрочнения приводит к увеличению примерно на 145% в Такие большие перемещения (пластичность) ответ, в свою очередь, увеличивает вероятность прогрессирующее обрушение.
Показано, что если пучок нижней непрерывное укрепление в лицо столбце меньше минимального изгиба арматуры, таких барах можно разрушения преждевременно до развития контактного действия. То есть, если выход на изгиб значительно меньше, чем крекинга момент сечения пучка, только ни одной трещины могут образовываться в пучок, который значительно снижает ее вращения емкости. Таким образом, целостность требованиям МСА 318-056 могут быть изменены и требуют минимального нижней непрерывного укрепления в размере минимальной изгиб арматуры, которая требует дальнейшего изучения.
Эквивалентные нелинейных систем SDOF определены, в котором разумно оценить максимальную ответы смещение структуры после потери колонке. По результатам анализа таких систем SDOF, можно сделать вывод, что для структуры после потери колонки и имеющие: 1) предел текучести (как они определены в настоящем документе), или рядом с меньшим, чем удалить столбец осевой силы; и 2) малые упрочнения коэффициент диссипации энергии (из-за затухания) может значительно уменьшить смещение спроса.
Авторы
К. Гош (SK Гош Associates, Inc), DJ Келли (SGH), С. А. Stangeland (Ван Сикл, Аллен
Ссылки
1. ASCE / SEI 7, "Минимальные нагрузки конструкции для зданий и других сооружений," Проектирование зданий и сооружений института-американского общества инженеров-строителей, Рестон, В. А., 2005, 424 с.
2. Брин, JE, "Научно-исследовательский семинар по прогрессирующее обрушение строительных конструкций, состоявшемся в Университете штата Техас в Остине," Национальное бюро стандартов, Вашингтон, DC, 1975.
3. Эллингвуд, B., и Лейендекер Е.В., "Подходы к" Дизайн против прогрессирующее обрушение, "Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 104, № ST3, 1978, с. 413-423.
4. GSA, "Прогрессивные Свернуть Анализ и проектирование руководящие принципы для новых федеральных зданий Управления и крупных проектов модернизации", американский генерал Администрация сервиса, Вашингтон, DC, 2003.
5. DOD, "Дизайн Строительство противостоять прогрессирующее обрушение," Единый критериям фонда, UFC 4-023-03, Министерство обороны США, Вашингтон, DC, 2005.
6. ACI комитета 318 "Строительство кодекса требование Железобетона (ACI 318-05) и Комментарии (318R-05)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2005, 430 с.
7. NISTIR 6831, "Резюме NIST / GSA семинар по применению сейсмических технологий реабилитации с целью смягчения последствий Blast индуцированных прогрессирующее обрушение", Национальный институт стандартов и технологий США, Oakland, CA, 2005.
8. Корли, РГ "Извлеченные уроки по повышению сопротивления зданий на террористические акты," Журнал Выполнение сооружений, ASCE, V. 18, № 2, 2004, с. 68-78.
9. Hayes, JR; Вудсон, SC; Pekelnicky, RG, Польша, CD; Корли, РГ и Sozen, М., "Может усиление для землетрясений Улучшение Blast и прогрессивное сопротивление рухнет?" Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 131, № 8, 2005, с. 1157-1177.
10. Alsamsam, IM, и Камара, ME, упрощенный дизайн: железобетонных зданий средних размеров и высоты, 3rd Edition, портландцемент Ассоциации Skokie, IL, 2004.
11. IBC, Международный кодекс Строительство, Международный совет кодекса, Inc Хилс Кантри Клаб, IL, 2003.
12. SAP2000 ", SAP2000 трехмерного статических и динамических Анализ методом конечных элементов и проектирования конструкций," Анализ номер версии 9.2, Компьютеры и структуры, Inc, Беркли, Калифорния, 2005.
13. Маклеод, И. А. аналитическое моделирование структурных Системы-совершенно новый подход с упором на поведение строительных конструкций ", Ellis Horwood серии в строительстве, Великобритания, 1990.
14. Paulay, T., и Пристли, МДж N, проектирование сейсмостойких сооружений из железобетона и деревянных строений, John Wiley
15. Пауэлл Г., прогрессирующее обрушение: тематические исследования с применением нелинейного анализа ", SEAOC Annual Convention, Монтерей, Калифорния, август 2004.
16. Карденас, AE, и Магура, DD, "Сила Высотное Shear Стены-прямоугольного сечения," Научно-исследовательский бюллетень RD029.01D, Ассоциация портландцемента, Skokie, IL, 1973.
17. МЧС 356 ", Prestandard и комментарии для сейсмических реабилитации зданий и сооружений", Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, Вашингтон, DC, 2000.
18. Оестерл, RG, "Неупругие Анализ In-Plane прочности железобетонных Shear Стены", кандидатскую диссертацию, Департамент строительства, Северо-западный университет, Эванстон, IL, 1986.
19. Сасанидов, M.; Базан, M.; и Sagiroglu, S., "Экспериментальная и аналитической оценки Прогрессивная Крах Фактические железобетонных конструкций", ACI Структурные Journal, В. 104, № 6, ноябрь-декабрь 2006, с. 731-739.
20. Сасанидов М., Kropelnicki, J., "Прогрессивный анализ Крах RC Профиль", "Структурный дизайн высотных зданий, John Wiley
Входящие в состав МСА Мехрдад Сасанидов является профессором строительства Северо-Восточного университета в Бостоне, штат Массачусетс. Он получил докторскую степень в Университете Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния. Он является членом комитетов МСА 369, сейсмическая ремонту и реконструкции; 374, основанным на показателях деятельности проектирование сейсмостойких зданий и сооружений бетона; E803, факультет сети Координационного комитета и совместных ACI-ASCE Комитет 445, сдвига и кручения. Его исследовательские интересы включают поведения железобетонных конструкций в экстремальных природных и техногенных опасностей.
Serkan Sagiroglu является выпускником научный сотрудник в Департаменте гражданской и экологической инженерии в Северо-восточном университете. Он получил степень бакалавра Йылдыз технический университет, Стамбул, Турция, и его из MS Босфорский университет в Стамбуле. Его исследовательские интересы включают анализ и проектирование железобетонных конструкций при сейсмических и экстремальных нагрузок.