[發(fā)明專(zhuān)利]一種既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410378942.3
• 申請(qǐng)日: 2014-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104112054A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡凱;蔣瓅;瞿革
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專(zhuān)利事務(wù)所 31215
• 代理人: 徐筱梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)的安全性問(wèn)題是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題，而建筑物的倒塌破壞一直是造成人員傷亡和設(shè)備損毀的主要根源。隨著城市現(xiàn)代化程度的加深，高層辦公樓、地標(biāo)建筑越來(lái)越多，其安全程度及抗倒塌能力也備受重視。相比新建房屋，已經(jīng)投入使用的既有建筑一旦發(fā)生倒塌，將會(huì)造成更嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失，尤其是一些老居民樓。如2014年4月4日，奉化有一居民樓近一個(gè)半單元發(fā)生“粉碎性”坍塌，造成7人被埋，其中1人搶救無(wú)效死亡。同年5月4日，上海虹口一老式居民樓發(fā)生倒塌，造成9人被埋，2人死亡。而上世紀(jì)90年代，我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)興起，一大批類(lèi)似的居民樓投入建設(shè)。20年后，在地震、沉降、自然侵蝕等一系列作用下，有相當(dāng)一部分居民樓已出現(xiàn)多處墻體開(kāi)裂、磚塊壓斷、立柱鋼筋壓彎等現(xiàn)象。此類(lèi)既有建筑人居密度大，結(jié)構(gòu)損傷程度高，其抗倒塌能力與安全程度的評(píng)估尤其重要。

目前，使用的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范都有對(duì)于結(jié)構(gòu)抵抗特定偶然作用的能力設(shè)計(jì)原理，但都缺乏相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范的具體規(guī)定。由于結(jié)構(gòu)的倒塌往往伴隨結(jié)構(gòu)的大變形、大位移、碰撞等強(qiáng)非線性問(wèn)題，采用數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的分析方法可靠度較低，對(duì)既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的設(shè)計(jì)無(wú)法提供充分、可靠的參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法，采用數(shù)值模型模擬既有構(gòu)建筑物在倒塌過(guò)程中的大變形、大位移及相互碰撞，對(duì)重要構(gòu)件破壞引起連續(xù)倒塌提供直觀動(dòng)態(tài)的數(shù)值模擬，為鑒定加固后實(shí)際功效提供數(shù)值依據(jù)和關(guān)鍵部位及薄弱部位的安全性評(píng)估，在保證分析精度的基礎(chǔ)上，大幅度節(jié)省了分析時(shí)間及人力，分析過(guò)程簡(jiǎn)單，工作效率高，尤其對(duì)重要構(gòu)件破壞引起連續(xù)倒塌的預(yù)判給出了倒塌所需的時(shí)間和范圍，為人員疏散的時(shí)限提供了依據(jù)和參考。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法，其特點(diǎn)是該數(shù)值評(píng)估方法包括結(jié)構(gòu)信息的采集、薄弱和關(guān)鍵部位的確定，具體抗倒塌能力的分析和安全性評(píng)估按下述步驟進(jìn)行：?

（1）、既有構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)信息采集

確定既有構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、材料類(lèi)型和損傷情況。

（2）、薄弱和關(guān)鍵部位的判斷確定

根據(jù)結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置確定一處或多處關(guān)鍵部位；采用有限單元法對(duì)既有構(gòu)建筑物進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析，以設(shè)計(jì)規(guī)范判斷一處或多處結(jié)構(gòu)薄弱部位。

（3）、數(shù)值模型的建立????

建立由簡(jiǎn)化部分、精細(xì)化部分、單元特性、材料特性和失效準(zhǔn)則設(shè)置的數(shù)值模型；所述精細(xì)化部分為顯式有限元軟件中的實(shí)體單元或纖維單元對(duì)某處結(jié)構(gòu)最薄弱部位或關(guān)鍵部位進(jìn)行的建模；所述簡(jiǎn)化部分為顯式有限元軟件中的梁、殼單元對(duì)結(jié)構(gòu)其余部分進(jìn)行的建模，且簡(jiǎn)化部分以共用節(jié)點(diǎn)的方式與精細(xì)化部分耦合連接；所述單元特性為可進(jìn)行大變形、大位移計(jì)算的顯式單元對(duì)結(jié)構(gòu)形式、精細(xì)化部分和簡(jiǎn)化部分的定義；所述材料特性為顯式有限元軟件的非線性材料特性，并根據(jù)損傷評(píng)定結(jié)果對(duì)各構(gòu)件材料特性進(jìn)行折減；所述失效準(zhǔn)則由結(jié)構(gòu)材料的性質(zhì)設(shè)定。?

（4）、抗倒塌能力分析和安全性評(píng)估

將數(shù)值模型按設(shè)計(jì)規(guī)范加載正常使用荷載、偶發(fā)荷載和災(zāi)難荷載并進(jìn)行求解；若計(jì)算得到結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌，則說(shuō)明既有構(gòu)建筑物的抗倒塌能力已不能滿(mǎn)足規(guī)范要求，然后通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的倒塌范圍和倒塌時(shí)間，判斷該關(guān)鍵部位或薄弱部位的破壞將會(huì)導(dǎo)致連續(xù)性的倒塌發(fā)生，對(duì)既有構(gòu)建筑物的抗倒塌能力進(jìn)行抗倒塌能力分析和安全性評(píng)估；重復(fù)上述（2）~（4）步驟，對(duì)其余多處關(guān)鍵部位或薄弱部位逐一進(jìn)行抗倒塌能力的分析和安全性評(píng)估。

所述偶發(fā)荷載為炸藥、燃?xì)?、粉塵、壓力容器引起的爆炸荷載或運(yùn)動(dòng)物體引起的撞擊荷載。

所述災(zāi)難荷載為地震、臺(tái)風(fēng)、爆炸或火災(zāi)荷載。?

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有模擬結(jié)果更接近實(shí)際情況，判斷重要構(gòu)件的損傷是否會(huì)導(dǎo)致連續(xù)性的倒塌發(fā)生的精準(zhǔn)度高，大幅度節(jié)省了分析時(shí)間及人力，分析過(guò)程簡(jiǎn)單，工作效率高，尤其對(duì)重要構(gòu)件破壞引起連續(xù)倒塌的預(yù)判給出了倒塌所需的時(shí)間和范圍，為人員疏散的時(shí)限提供了有利的依據(jù)和參考。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明流程圖。

具體實(shí)施方式

參閱附圖1，本發(fā)明按下述步驟進(jìn)行抗倒塌能力的分析和評(píng)估：?

（1）、既有構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)信息采集