水平加强层对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响

T NOLO GY TR N D1加强层引起的结构刚度突变以38层的框架-核心筒结构为例,在第15层和27层设置水平加强层,其第1和第2振型的自振周期比不设加强层时明显减少;通过弹性动力分析得出了结构加速度反应包络、速度反应包络和位移反应。

输入地震波为上海波,地面加速度峰值为35ga l 。

设置加强层后加速度和速度反应包络有所降低,位移反应明显减少。

需特别注意的是,位移曲线在第15层和第27层两道加强层附近发生的变化,第15层处突变尤为显著。

这种形式的结构竖向刚度突变,不仅是加强层本层的水平剪切刚度突然增大,更主要的是,加强层处结构整体转动大幅度减少,加强层上、下几层的整体转动也随之减少。

两道加强层相当于给整个结构在15层及27层增加了两道“整体转动嵌固约束”,几乎把整个38层结构分成三断,1层-14层为第一段,15层-26层为第二段,27层-38层为第三段。

结构整体转动在加强层处突然减少,其主要原因是,加强层的水平伸臂构件(或外围框架周边环带)与该层的上、下楼板组成刚度甚大的箱型盘,此箱型盘将核心筒与外围框架连成整体,其整体转动基本上由外围框架的轴向变形控制,转动量显然是很小的。

这种形式的刚度突变必然伴随着结构内力突变以及整体结构传力途径的改变,从而使结构在地震作用下,其破坏和位移较容易集中在加强层附近,即形成薄弱层。

2加强层引起的结构内力突变和薄弱层加强层引起的结构内力突变和产生薄弱层的情况,基本概念可归纳为下面三点:1)核心筒墙肢在地震作用下所受内力的突变是很明显的,设置两道加强层后,核心筒墙肢沿高度弯矩图发生急剧变化,在加强层的上、下几层弯矩大幅度增加,核心筒墙肢的剪力在加强层的上、下几层同样有较大幅度的增加。

2)外围框架柱在地震作用下所受内力的突变也是很明显的(未包括垂直荷重产生的内力)。

柱的轴力在加强层的下层突然增大,柱的弯矩和剪力在加强层的上、下均急剧增加。

3)加强层的水平伸臂构件(或周边环带)承受很大的剪力和弯矩,加强层仅布置水平伸臂构件时,其承受的剪力和弯矩最大;在布置水平伸臂构件的同时,再布置周边环带,则所受剪力和弯矩降低较多。

FRP加固钢筋混凝土梁柱框架结构抗连续倒塌性能的研究-建筑结构论文-土木建筑论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——1 引言重要建筑物如(如军事指挥所、政府办公大楼、大型商场)极易成为战争攻击和恐怖袭击的目标,因为这些建筑物一旦被摧毁,不但可以造成大量人员(特别是重要人物)的伤亡,而且会迅速引起广大民众恐慌,瓦解军心.如2003 年美伊战争便是从美国空袭当局领导层所在的总统府开始的;而9-11 在造成巨大的人员伤亡和财产损失的同时,也使其民众人心惶惶.另一方面,通过对海湾战争中叙利亚有无填充墙的建筑受导弹攻击后倒塌规模的对比[2]和五角大楼遭到袭击后长时间保持稳定[3]可知,具有一定结构冗余度的建筑物能够有效地阻止倒塌蔓延,降低结构破坏范围.连续倒塌作为一种极端的倒塌形式,是指结构在局部构件受到偶然荷载(如战争攻击、恐怖袭击、汽车冲击等)发生倒塌后造成内力重分布,致使相邻构件接连失效,最终发生大面积、整体性的倒塌.随着攻击制导武器的日趋精确和蔓延,我国很多重要建筑物的结构冗余度亟待加强,以提升其抗连续倒塌能力.FRP(Fiber Reinforced Ploymer)是一类应用普遍的新型高强材料,本文运用有限元分析的方法对采用不同FRP 粘贴方案后钢筋混凝土梁柱框架结构抗连续倒塌性能进行对比,探寻最优方案.2 研究综述钢筋混凝土抗连续倒塌相关研究主要包括分析连续倒塌工程事故、通过结构倒塌过程试验总结力的转换机制、探寻连续倒塌机理和提出设计方法等方向.英国、欧盟、美国、加拿大等均有自己比较完善的抗连续倒塌规范.抗连续倒塌设计不同于一般结构设计的地方在于其对结构构件的延性提出了更高的要求,且容许结构有一定比例的破坏和一定范围的变形.比如DoD2013[4]对于钢筋混凝土框架结构,为考虑动力效应,在拆除构件法中,当采用非线性静力分析和变形控制时,应采用以下的荷载组合:其中为荷载放大系数,D 和L 分别为恒载和活载.FRP 常用于结构构件的抗弯、抗剪和抗压加固,抗连续连续倒塌加固的目的是为了提升构件的耗能能力和延性,需综合考虑上述加固形式.CFRP(Cabon Fiber Reinforced Ploymer,碳纤维布)与GFRP(Glass FiberReinforced Ploymer,玻璃纤维布)是两种常用且发展成熟的FRP 加固材料,其比重仅有钢筋1/4 到1/3,拉伸强度却是钢筋的10 倍左右[5].但其延伸率很小,如T300 的CFRP 仅有 1.71%的延伸率,且没有明显的屈服强度,易发生脆性断裂.相对而言GFRP 较CFRP 的弹性模量要小、延伸率要大,故变形能力较CFRP要好.敬登虎[6]通过试验发现GFRP 加固后构件的延性几乎是CFRP 的 2.5 倍.目前文献中对CFRP 和GFRP加固钢筋混凝土结构抗连续倒塌对比的相关研究较少见.LS-DYNA 可以模拟结构的大位移大变形等非线性情况.孟一[7]对LS-DYNA 常用的混凝土材料模型进行了总结对比,发现新增的CSCM 模型适合应用在结构倒塌分析领域,并校正了相关材料参数.Jin-WonNam[8]等人对比四种不同的FRP 布有限元模型,发现正交异性线弹性模型更适合运用在其对混凝土结构加固的模拟上.3 算例3.1 试件设计本文设计了一栋五层钢筋混凝土框架结构(如图 1 所示),并沿底层纵向取出两跨一层的梁柱框架子结构,假设其中间柱已经失效.梁柱纵筋均采用HRB400,箍筋采用HPB300,并按照规范规定[1]进行加密,混凝土采用C30,保护层厚度为25mm.此算例旨在为后期现场试验提供理论支持.为了探究FRP 对提高其抗连续倒塌性能效果最佳加固形式,本文综合考量其经济性和加固效果,通过在梁底、梁顶及改变加固长度组合了各种加固方案进行尝试,选择典型方案列于表1.3.2 建模本文在ANSYS 建立了不同加固方案的1/2 对称有限元模型(图2)后,在LS-DYNA 中进行相关计算.其中混凝土、钢筋和FRP 的采用的单元类型分别为SOLID1 、BEAM161 和SHELL163,材料本构分别为盖帽模型(*MAT_CSCM)、随动塑性强化模型(*MAT_PLASTIC_KINEMATIC)、正交异性线弹性弹性模型(*MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC).特别的,为了防止施加荷载时出现应力集中,在中间柱头上方设置一块加载垫块,使用SOLID1 单元类型和刚体材料本构(*MAT_RIGID),结构与地面(刚体)连接[9].为证实有限元模型的准确性,本文对湖南大学易伟健等人的平面框架连续倒塌试验(图3a、图3c)[10]进行模拟,建立了如图3b 所示的有限元模型,再现了结构的倒塌过程,通过中柱位移轴力曲线(图3d)和竖向水平位移曲线(图3e)均可以看出模拟结果有明显的弹性、拱效应和悬链线效应发展阶段,且与试验结果接近.3.3 加载因相关试验大多采用拟静力的方式进行加载,本文为了有效验证有限元模型,亦采用静力方式进行加载.为了有效控制加载速度,采用位移控制的方式进行加载.为节约机时,本文采用1m/s 的速度匀速加至500mm,其中为保证加载开始结束阶段速度不会过大,采用余弦函数进行加载,并关闭混凝土应变率开关.通过观察对比能量平衡结果,发现其动能均极小,可以忽略.3.4 结果比较3.4.1 破坏特征比较FRP 加固后的框架子结构有限元模型分别有如图 4 所示的三种破坏形态.破坏过程依次为为:A、C点混凝土开裂;C 点(CLZ1、GLZ1)或A 处(CLZ2、GLZ2)FRP 发生剥离和断裂破坏;B、D 点混凝土开裂;A、C 点钢筋达到受拉极限被拉断.GLZ3 和CLZ3 的FRP 按照先 C 点再 A 点的顺序失效.值得注意是,B 和 D 处FRP 在悬链线阶段依然发挥了拉杆效应.环形箍和U 形箍可以阻止FRP 的迅速剥离.3.4.2 数据对比分析通过观察图(5a)所示位移荷载曲线可以发现,各试件随着位移增加均呈现出明显的弹性变形、拱效应、拉压转化和悬链线效应阶段.中柱位移在20mm 以内为弹性阶段,各曲线差别极小,说明此时FRP发挥的作用均有限;而到了拱效应阶段,A、C 处FRP 由于发生脆性断裂,没有起到明显拉杆效果,CLZ3 和GLZ3在拱效应阶段承载力有了一定的提升,可能是由于上下部均粘贴的方式可以在一定程度上延缓FRP 断裂,有助于发挥结构拱效应;中柱位移在200mm 左右,结构进入悬链线阶段后,所有加固方案的承载力均有一定程度的提升,以CL3、GLZ2 和GLZ3 效果最为明显,达到了115KN 荷载设计要求,结合破坏特征推测,FRP 在此阶段分担了一部分拉轴力,中柱位移到了300mm 左右后,C 点、A 点钢筋相继发生断裂,结构也逐渐丧失了承载能力.可将 C 点钢筋断裂作为结构悬链线阶段的结束,结构达到了倒塌极限承载力,则各加固方案的极限承载力分别提升了约10%(CLZ1、CLZ2、GLZ1)、15%(GLZ2)、23%(CLZ3)、33%(GLZ3).通过比较各方案钢筋断裂时位移点位置可以发现,GLZ3、CLZ3 的中柱位移更大,说明其结构延性更好,能够经受住更大的挠度变形.各方案输出的结构总能量与中柱位移(图5b)可知,在弹性阶段,各试件耗能并没有明显区别;到了200mm 左右(结构进入了悬链线效应阶段),所有加固方案的耗能均有明显提升,至钢筋断裂,CLZ2 增加较小, CLZ1 与GLZ1 较LZ1 大约增加了6%左右,其他三种加固方案大约增加了20%左右,说明FRP 在构件发生大变形时分担了部分的耗能任务.4 结论本文运用显式有限元软件LS-DYNA 对不同FRP 加固方案下的钢筋混凝土框架结构进行了模拟分析,直观地重现和模拟钢筋混凝土结构发生大变形时的倒塌破坏过程.通过对比较不同破坏阶段FRP 发挥的作用,可以得到如下几点结论:1、合理粘贴FRP 可以明显提高构件的延性,尤其在大位移情况下,通过在梁上下部均粘贴FRP 的方式(CLZ3、GLZ3)可以充分发挥框架梁的悬链线效应,提高结构延性和耗能能力,且延展性较好的GFRP(GLZ2)粘于框架梁上部作用较粘于下部(GLZ1)增强效果更明显;2、方案CLZ3、GLZ2、GLZ3 均符合DoD2013 抗连续倒塌规范设计荷载,说明通过选择合理的粘贴材料和组合形式可以在一定程度上提高钢筋混凝土结构的抗连续倒塌性能;3、分析破坏形态可以发现在截断处采用U 形箍或环形箍锚固可以有效阻止FRP 剥离的蔓延,更好发挥其抗拉性能.参考文献:[1] GB 50010-2010 混凝土结构设计规范[S]. : 中国建筑工业出版社, 2010.[2] Al-Khaiat H, Fereig S, Al-Duaij J, et al. Impact of shelling on RC frames with and without infill walls[J]. Journal ofperformance of constructed facilities, 1999, 13(1): 22-28.[3] Mlakar P E, Dusenberry D, Harris J, et al. The Pentagon building performance report. American Society of Civil Engineers[J].Structural Engineering Institute Publication, 2002.[4] Unified Facilities Criteria(UFC).Design of Buildings To Resist Progressive Collapse(UFC4-023-03) [S]. WashingtonDC,USA:U.S.Army Corps of Engineers,2013[5] 叶列平, 冯鹏. FRP 在工程结构中的应用与发展[J]. 土木工程学报,2006(39): 24-36[6] 敬登虎, 杨佑发. 纤维材质加固钢筋混凝土受弯构件延性的实验分析[J], 重庆大学建筑大学学报, 2002, 22(5): 58-61[7] 孟一. 冲击荷载作用下钢筋混凝土梁的试验及数值模拟研究[D]. 湖南大学, 2012.[8] Nam J W,Kim H J, Kim S B,et al. Analytical study of finite element models for FRP retrofitted concrete structure under blastloads[J]. International Journal of Damage Mechanics, 2009, 18(5): 461-490.[9] 白金泽. LS-DYNA3D 理论基础与分析实例分析[M]. :科学出版社,2005,1-11[10] 易伟建, 何庆锋, 肖岩. 钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的试验研究. 建筑结构学报[J]. 2007(28): 104-109.。

带加强层的高层钢框架—支撑结构的地震响应分析
的开题报告
一、研究背景
当前，我国地震频繁发生，地震对建筑结构的破坏性非常大，特别
是在高层建筑中更加明显。

因此，对高层建筑的抗震性能研究已经成为
一个热门的研究领域。

现有的研究表明，在高层建筑中，钢框架结构是
一种抗震能力较强的结构形式。

而加强层的钢框架结构因其在地震中更
具抗震能力，因此越来越受到人们的关注。

二、研究目的
本研究旨在通过对高层建筑中带加强层的钢框架结构的地震响应分析，揭示其抗震性能及受力情况，为设计更加安全的高层建筑结构提供
参考。

三、研究内容
1. 对高层建筑中带加强层的钢框架结构进行分析，检查其抗震能力。

2. 评价加强层对钢框架结构的抗震能力的影响。

3. 计算带加强层的钢框架结构中各构件的受力情况，分析其受力特点。

4. 根据分析结果，提出相应的结构设计建议。

四、研究方法
该研究将采用有限元数值模拟方法。

首先，根据国家有关规定对高
层建筑的设计参数进行设置，并采用软件对带加强层的钢框架结构进行
建模。

然后模拟地震荷载的作用，通过仿真模拟分析每个构件的受力情况，探究加强层对结构的抗震性能的影响。

五、研究意义
通过对高层建筑中带加强层的钢框架结构的地震响应分析，可以深
入探究加强层对其抗震能力的影响，为结构设计提供可行性建议。

此外，该研究也在一定程度上提高了我们对钢框架结构在抗震方面的认识，为
建设更加安全的高层建筑提供参考。

[文章编号]　100228412(2006)0320007205具有水平加强层高层钢结构的动力特性及抗震性能分析沈国庆1,陈　宏2,王元清3,石永久3(1.中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008;2.清华大学建筑设计研究院,北京100084;3.清华大学土木工程系,北京100084)[摘　要]　高层钢结构自身刚度较小,水平荷载起控制作用,设置水平加强层可以控制其变形。

本文运用大型通用有限元软件ANSY S ,建立三维计算模型,对北京某一高层钢结构进行动力特性分析。

通过模态分析,得到了该结构的振型和周期,然后进行了振型分解反应谱分析,最后采用3条地震波,对该结构进行弹性时程分析。

通过分析表明,水平加强层可以减小结构的最大位移和层间位移角,但加强层附近存在薄弱层,需要设计人员注意。

用ANSY S 作校核计算,能为结构抗震设计提供可靠的依据。

[关键词]　水平加强层;模态分析;反应谱分析;时程分析[中图分类号]　T U31113 [文献标识码]　ADynamic Characteristic and Aseismatic Analysis of H igh 2rise Steel Structure Building with H orizontal Strengthened FloorsShen Guo 2qing 1,Chen Hong 2,Wang Yuan 2qing 3,Shi Yong 2jiu3(11School o f Architecture and Civil Engineering ,China Univer sity o f Mining and Technology ,Xuzhou 221008,China ;21Tsinghua Univer sity Architecture Design &Research Institute ,Beijing 100084,China ;3.Department o f Civil Engineering ,Tsinghua Univer sity ,Beijing100084,China )Abstract :Level load plays controlling actions in high 2rise steel structure buildings for its low stiffness ,and horizontal strengthened floors control its drifts.Based on finite element analysis (FE A )s oftware ANSY S ,the dynamic characteristics of a high 2rise steel structure building is analyzed by building 32D m odel.First ,the structure own free 2vibrations and periods are obtained from m ode analysis.Then ,analysis of response spectrum on the Seismic Properties is discussed.E lastic time history method is used to get whole analysis of the structure adopting three seismic waves finally.As a result ,the maximal drift and inter 2storey drifts are reduced by horizontal strengthened floors ,but there are unsubstantial floors around these floors ,and it is necessary to pay attention for civil engineers.The credible aseismic gist is provided by ANSY S for checking the results.K eyw ords :horizontal strengthened floor ;m ode analysis ;response spectrum analysis ;time history analysis[收稿日期]　20052112181　概述随着建筑高度的增加,水平荷载成为确定结构体系安全的决定因素,当抗侧力刚度不能满足设计要求时,可考虑利用建筑设备和避难层的空间,布置水平加强层。

FRP加固钢筋混凝土梁板体系抗连续倒塌性能研究开题报告一、选题背景和意义近年来，地震、风灾、台风等自然灾害频繁，建筑结构安全性问题引起了人们的广泛关注。

在自然灾害和人为因素的影响下，建筑物结构可能会发生破坏和倒塌，给人们的生命财产带来巨大的威胁和损失。

因此，针对建筑物结构的安全问题，进行研究并开展有效的抗震加固措施是十分必要的。

钢筋混凝土梁板体系是建筑物结构中常用的一种结构形式，但其在面对地震、风灾等自然灾害时，往往存在连续性倒塌问题。

为了解决这类问题，近年来已经有不少学者开展了相关的研究。

其中，利用玻璃纤维增强塑料（FRP）在梁板体系中进行加固已经成为一种较为常见的解决方案。

FRP具有重量轻、耐腐蚀、耐疲劳等优点，能够有效提高梁板体系的抗震性能。

因此，本研究旨在通过对FRP加固钢筋混凝土梁板体系抗连续倒塌性能的研究，探究其加固效果及机理，并为相关领域的工程实践提供理论参考和技术支持。

二、研究内容和方法本研究的主要内容是探究FRP加固钢筋混凝土梁板体系抗连续倒塌性能的影响因素，分析其加固效果及机理。

具体研究内容包括：1. 对常规的钢筋混凝土梁板体系进行模拟分析，获得其受力状态和振动响应特性。

2. 设计不同形式的FRP加固方案，对加固后的梁板体系进行力学试验，并对试验结果进行分析。

3. 对比分析FRP加固前后梁板体系的受力状态、振动响应特性及抗连续倒塌能力，探究FRP加固对梁板体系性能的影响。

本研究的方法主要采用理论分析和力学试验相结合的方法，通过模拟分析和力学试验，研究FRP加固钢筋混凝土梁板体系的抗连续倒塌性能。

具体方法包括：1. 使用ANSYS等有限元软件对钢筋混凝土梁板体系进行模拟分析，模拟其受力状态和振动响应特性。

2. 设计不同形式的FRP加固方案，并制作加固后的试件进行力学试验。

3. 分析试验结果，对比分析FRP加固前后梁板体系的受力状态、振动响应特性、抗连续倒塌能力等，探究FRP加固对梁板体系性能的影响。

现浇RC楼板对框架抗连续倒塌性能影响的数值分析近年来,结构的连续倒塌问题受到了专家学者的极大关注。

在实际结构连续倒塌分析中,往往为简化模型而忽略楼板的作用,只建立简单的纯框架模型。

而楼板作为主要的竖向受力构件,能增强结构的整体性能,并对结构的抗连
续倒塌能力有积极的影响。

不考虑楼板作用的数值模型将不能很好地模拟实际结构受局部破坏引起的整体结构连续倒塌过程。

本文基于ABAQUS数值模拟,研究了现浇RC楼板对框架结构抗连续倒塌性能的影响,对楼板中钢筋在连续倒塌过程中的参与程度进行深入分析,并取得相关
成果。

1.基于课题组完成的2层2跨RC框架连续倒塌试验,采用ABAQUS程序建立数值模型,验证了数值分析的正确性,并分析水平向约束对RC框架倒塌抗力的影响,认为横向约束将提高结构倒塌抗力。

2.建立带楼板RC框架和纯框架数值模型,分别拆除底层长边中柱、角柱、内部柱,并模拟其连续倒塌过程,对比分析结构在有、无楼板情况下的应变分布、抗力、水平位移和关键构件内力,表明带楼板结构倒塌抗力提高范围在20%~57.76%。

3.楼板钢筋中,离失效柱越近的钢筋拉力越大,越早进入硬化阶段,楼板的拉力薄膜效应作用越充分,以板上钢筋应变、钢筋距失效柱距离和失效柱竖向位移为参数,建立了楼板钢筋的抗倒塌承载力计算公式。

4.建立不同翼缘宽度的纯框架模型,分析认为随着翼缘宽度的增加,结构抗
力变大、变形减小,有效翼缘可以很好地模拟楼板对整体结构的影响,翼缘宽度建议取为b+2h。

钢管混凝土框架—拉伸支撑结构抗连续倒塌性能研究钢管混凝土框架—拉伸支撑结构抗连续倒塌性能研究摘要：随着城市人口的不断增长和建筑结构的不断增多，大跨度建筑结构的抗连续倒塌性能研究变得日益重要。

本文通过对钢管混凝土框架-拉伸支撑结构的抗连续倒塌性能进行研究，分析了不同参数对结构性能的影响，并通过数值模拟验证了拉伸支撑结构的连续倒塌性能。

研究结果表明，通过优化设计结构参数、合理选择材料和提高施工质量，可以显著提高钢管混凝土框架-拉伸支撑结构的抗连续倒塌性能。

关键词：钢管混凝土框架；拉伸支撑结构；抗连续倒塌性能；结构参数优化；材料选择；施工质量。

1. 引言钢管混凝土结构是一种结合了钢管和混凝土的复合材料结构，具有高强度、高韧性和良好的抗腐蚀性能，是近年来广泛应用于大跨度建筑的一种新型结构形式。

钢管混凝土框架-拉伸支撑结构是钢管混凝土结构的一种重要形式，由钢管和混凝土相互作用形成的受拉构件起到抗连续倒塌的重要作用。

2. 钢管混凝土框架-拉伸支撑结构的组成与工作原理钢管混凝土框架-拉伸支撑结构由钢管、混凝土梁柱和拉伸支撑构件组成，主要通过钢管和混凝土的相互作用，形成双向受力的结构体系，从而增强结构的整体稳定性和抗倒塌能力。

3. 影响钢管混凝土框架-拉伸支撑结构抗连续倒塌性能的因素3.1 结构参数优化钢管混凝土框架-拉伸支撑结构的结构参数包括钢管直径、混凝土强度、梁柱截面尺寸等。

通过优化设计这些参数可以提高结构的整体性能和抗倒塌能力。

3.2 材料选择合理选择钢管和混凝土的材料，可以提高结构的抗拉强度和抗侧向位移能力，进而提高结构的抗连续倒塌性能。

3.3 施工质量提高施工质量，包括混凝土浇筑质量、钢筋连接质量等，可以提高结构的整体性能，减小结构的缺陷和隐患。

4. 数值模拟和实验验证通过有限元数值模拟和实验验证钢管混凝土框架-拉伸支撑结构的抗连续倒塌性能。

研究结果表明，优化设计结构参数、合理选择材料和提高施工质量能够显著提高结构的抗连续倒塌能力。

强柱系数对钢框架倒塌模式的影响摘要：本文阐述了基于倒塌的原理及方法，利用pkpm软件设计出了一组六层十榀且具有不同的强柱系数的钢框架。

首先将结构的倒塌模式分为上层倒塌模式、中间层倒塌模式和下层倒塌模式，结合有限元软件sap2000和abaqus对结构进行增量动力时程分析，得到其破坏时塑性铰的分布从而判断出钢框架的倒塌模式。

据此来研究在抵抗地震荷载时不同强柱系数对倒塌模式分布的概率的影响，并进一步分析不同强柱系数下钢框架抗倒塌储备能力的大小。

研究结果表明：对于六层钢框架在抵抗地震荷载作用时以下层倒塌模式为主，同时会伴随着部分上层和中间层倒塌模式，随着强柱系数的增大这种趋势会更加明显，当强柱系数大于2.0时结构不会发生除下层倒塌以外别的倒塌模式。

关键词：强柱系数；塑性铰；倒塌模式；倒塌储备系数中图分类号： tu323.5 文献标识码： a 文章编号：引言历次的强烈震害表明合理的设计在抵抗地震荷载时显得尤其重要。

合理的倒塌模式在节省材料的同时又能达到最优的抗震性能，可以极大限度的降低财产和生命的损失。

蔡建、周靖等[1]研究了柱端弯矩增大系数对rc框架结构抗震性能影响的评估分析，结果表明柱端弯矩增大系数大于2.0时，框架结构才能达到可以接受的形成“柱铰机构”概率，陈志恒、吕大刚[2]研究了不同柱端弯矩增大系数(cof)对混凝土框架结构倒塌模式的影响，认为当强柱系数较小时，结构最可能倒塌模式为中间层倒塌模式；当强柱系数较大时，则结构倒塌由上层倒塌模式控制。

为了使钢框架在地震作用下实现耗能的最大化，最优倒塌模式是完全梁铰式的倒塌模式(如下图1所示)，即先在梁的两端形成塑性铰，然后延伸到柱端再使整个结构形成机构而倒塌。

因此我国《建筑抗震设计规范》[3]第8.2.5条规定了:为了使先在梁端后在柱端形成塑性铰，在设计时轴压比超出了一定的范围，使梁端所能承受的弯矩小于柱端所能承受的弯矩，两者之间要达到一定的比值关系，进而实现强柱弱梁的有利于耗能的倒塌模式，并且也给出了强柱系数的定义如下：(1-1)其中、—分别为交汇于节点的柱和梁的塑性截面模量；、—分别为柱和梁的钢材屈服强度；—框架柱的截面面积；—强柱系数。

火灾下钢框架结构抗倒塌能力影响参数分析本文运用ANSYS有限元分析软件对两层单跨钢框架结构进行火灾模拟分析，分别考虑着火位置、初始荷载水平、梁柱线刚度比等因素对火灾下钢框架结构整体性能以及抗连续性倒塌能力的影响。

结果表明，钢结构受火层从上层移至下层，梁跨中相对位移增大，耐火时间缩短，结构内力变化更为显著，整体性能和抗倒塌能力变差；增加初始荷载值，梁跨中相对位移增加，耐火时长缩短，结构内力明显增大，结构的抗火能力和抗倒塌能力变弱；减小梁柱线刚度比，耐火时长大大增加，梁内力变化幅度变小，可提高钢结构的整体性能和抗倒塌能力。

关键词：ANSYS；有限元；钢框架；火灾；抗倒塌能力1 引言随着科学技术的进步和经济社会的快速发展，钢结构在建筑工程中得到了广泛应用。

钢结构相对于其它材料结构有很多优势，但是，钢结构的耐火性能极差，其材料特性随着温度的升高而迅速降低。

发生火灾时，结构内部能够在短时间内迅速升温至几百度甚至上千度。

随着火灾温度升高和损伤的累积，钢结构的材料性能逐渐劣化，结构内部逐渐产生大变形和内力重分布，大大削弱了结构的整体性能，使钢结构发生严重的破坏，甚至过早的整体倒塌，造成严重的经济损失和人员伤亡。

因此，研究框架结构的整体抗火性能和抗连续倒塌能力十分必要。

目前，国内外已经做了大量的结构高温试验，抗火理论也较为完善，但较多的是对单个的梁、柱构件进行研究分析，对整体框架的研究较少；火灾试验费用较高，试验过程难以控制，不能全面考虑某单一变量对框架结构的影响，而进行数值模拟分析对计算机性能要求高，往往需要很长的计算时间。

本文以一单跨双层平面钢框架结构为例，利用ANSYS软件的热力耦合功能分析了着火位置、初始荷载水平、梁柱线刚度比等因素对火灾下钢框架结构的整体性能及抗连续性倒塌能力的影响。

分析结果可以指导设计人员设计出合理的耐火保护措施，达到安全、经济、可靠的抗火设计目的。

2 有限元模型的建立图1 两层单跨钢框架结构模型本文所选取的1跨2层平面钢框架结构模型如图1所示，跨长６ｍ，层高3ｍ，梁柱尺寸分别为H400×150×8×10和H300×300×10×16。