一種既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種既有構(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，分析判斷該關(guān)鍵構(gòu)件的破壞是否導(dǎo)致連續(xù)性的倒塌發(fā)生，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；數(shù)值評(píng)估包括結(jié)構(gòu)信息的采集、數(shù)值模型的建立、加載工況的確定和抗倒塌能力的分析評(píng)估。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有判斷重要構(gòu)件的損傷是否會(huì)導(dǎo)致連續(xù)性倒塌發(fā)生的精準(zhǔn)度高，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)限提供了充分可靠的參考。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)】
[0002] 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。
[0003] 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】

[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] (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。
[0007] (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。
[0008] (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。
[0009] 所述偶發(fā)荷載為炸藥、燃?xì)狻⒎蹓m、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。
[0010] 所述災(zāi)難荷載為地震、臺(tái)風(fēng)、爆炸或火災(zāi)荷載。
[0011] 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。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 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 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。
[0014] (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。
[0015] (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。
[0016] ( 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；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。
[0017] 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（2Γ (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。
[0018] 以上實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，并非用以限制本發(fā)明專(zhuān)利，凡為本發(fā)明 等效實(shí)施，均應(yīng)包含于本發(fā)明專(zhuān)利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法，其特征在于該數(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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法，其特征在于所述偶 發(fā)荷載為炸藥、燃?xì)狻⒎蹓m、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。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述既有構(gòu)建筑物抗倒塌能力的數(shù)值評(píng)估方法，其特征在于所述災(zāi) 難荷載為地震、臺(tái)風(fēng)、爆炸或火災(zāi)荷載。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104112054SQ201410378942
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】胡凱, 蔣瓅, 瞿革 申請(qǐng)人:中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司