倒塌的案例
基于ANSYS/LS-DYNA框剪結構爆破倒塌仿真分析
摘 要：不同切口方式與延期時差對建筑物拆除爆破倒塌效果有極大影響，尤其是對大高寬比的框架剪力墻結構。因此，利用數值模擬對建筑物倒塌效果進行仿真分析，對于爆破方案的優化具有重要的指導意義。以某17層框架剪力墻結構拆除爆破工程實例，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，采用整體式模型，
對不同切口方式和延期時差的框架剪力墻結構倒塌過程進行數值模擬。對框剪結構分別采用三角形和梯形切口，以及切口處中間排立柱同時起爆和延期起爆，共選取4種組合方案進行結構倒塌的對比分析。結果表明：采用三角形切口時，中間排立柱同時起爆，最后排立柱容易被壓屈，形成的偏心彎矩比第二爆破區段只爆破底層立柱偏小；采用梯形切口時，在切口全部形成后，結構倒塌過程中，梯形切口以上部分形成附加的偏心彎矩較三角形切口小，切口觸地時前傾速度比三角形切口小。
拆除爆破得益于其安全、快速和高效等特點，近年來在建筑物拆除，特別是在高層建筑物拆除中得到了有效的應用?？蚣芗袅Y構由于其抗震和抗風性能好，被普遍應用于城市超高層建筑中，故相應的對框剪結構的拆除項目數量是不勝枚舉。在對建筑物進行拆除爆破時，常用的爆破切口形式主要有兩種，即梯形切口和三角形切口,切口形式的選取對爆破效果會產生重要影響；與此同時切口處各爆破構件的延期起爆時間對結構拆除爆破起著關鍵作用。而對于切口處立柱的起爆情況的研究分析，更多的還停留在經驗總結階段，其原因是拆除爆破具有不可逆性，對其進行實體實驗代價太大。因此，隨著計算機技術的發展，數值模擬則成為分析拆除爆破倒塌過程的極佳手段。
研究表明，選取恰當的模型與參數，數值模擬可以真實地反映建筑物爆破拆除倒塌過程，模擬得到的該建筑爆破倒塌堆積形態與工程實際吻合良好，對實際工程有重要的參考價值。
展開 超大型鋼筋混凝土冷卻塔龍卷風致倒塌仿真分析
圖6 冷卻塔與龍卷風不同相對距離的凈平均壓力系數分布曲線
龍卷風致倒塌
由于結構倒塌涉及到材料的非線性和結構的非連續破損失效，在物理風洞試驗中難以模擬，因此本文對冷卻塔在龍卷風作用下的倒塌過程進行了數值仿真模擬。首先通過對比冷卻塔在地震作用和其他意外荷載作用下的物理模型試驗和數值模擬結果，驗證了所采用有限元模型的精度和可靠性。
圖7 冷卻塔三維有限元分層殼和鋼筋網精細化模型
龍卷風加載與倒塌過程模擬
龍卷風加載過程如下：
圖8 冷卻塔加載龍卷風氣流條件測壓試驗
倒塌過程動畫演示如下：
圖9 冷卻塔三維有限元倒塌數值仿真模擬
龍卷風致冷卻塔倒塌與切向氣流作用的迎風區域周向裂縫出現和發展密切相關。此外，龍卷風的旋渦效應導致塔殼出現斜裂縫，導致整個塔殼的結構破壞。當冷卻塔位于龍卷風渦核半徑位置時，更容易坍塌（如圖10）。
圖10 不同旋流比下的臨界倒塌切向風速
破壞過程中裂縫的產生和發展會導致結構整體剛度的退化。圖11顯示了初始冷卻塔和開裂過程冷卻塔前十階固有頻率的對比。
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值得注意的是，結合之前的結構前傾速度以及后坐情況的對比分析可以得知，前傾（X軸正方向）速度大的方案一般伴隨著后滑（X軸負方向）速度也相對較大些，使得結構更快觸地倒塌，前沖距離反而相對較小。提取運動時程曲線可以得出方案一～方案四的前沖距離分別是44.8m、46.9m、45.8m、47.6m。
3.4 最優方案選擇
通過對比分析四種方案中的前傾速度、爆堆范圍和倒塌形態，可以得出表6的各項數據。
表6 各方案數據
從表中可以看出方案一中前傾速度比其他方案都大，有利于結構倒塌，而且爆堆高度以及前沖距離也是最小的，后坐距離也僅比最小后座距離大0.3m左右。顯然，選擇方案一作為最佳方案，應用到實際工程中去。
實際工程倒塌過程如圖11所示，從圖中的倒塌形態可以看出，起爆1s左右（如圖11a），結構發生一定程度的傾斜，后面的填充墻開始破壞；在3s左右框剪結構切口上沿觸地閉合完成后坐（如圖11b），隨后繞著觸地點偏轉倒塌（如圖11c），最后形成爆堆，這與方案一（如圖5a）中的整體式模型的倒塌結果很相似。
爆堆范圍的數值模擬結果與現場結果的參數對比見表7。結果表明，兩種結果的爆堆范圍偏差在10%左右，直接證明了數值模擬的重要參考價值。
展開 新論文：新型地震和連續倒塌綜合防御韌性PC框架承載力計算方法
對于土木工程中最常見的混凝土框架結構而言，諸多研究表明由地震引起的倒塌和結構局部破壞導致的連續倒塌是混凝土框架結構的兩大主要破壞形式。因此我們提出了一種新型的地震和連續倒塌綜合防御韌性PC框架（multi-hazard resilient prefabricated concrete frame ，MHRPC框架），詳情請參考：
新論文：這個混凝土框架能抗震，能防連續倒塌，還功能可恢復，您不進來看看么？
地震與連續倒塌綜合防御韌性PC框架結構，如圖1所示：
(1) 框架梁和框架柱通過剪力傳遞板傳遞剪力，通過可更換耗能裝置和預應力筋傳遞彎矩。
(2) 預應力筋可以同時作為抗震的自復位鋼筋和抗連續倒塌的拉結配筋；
(3) 剪力傳遞板保障大變形下剪力的可靠傳遞；
(4) 可更換耗能裝置可以消耗地震和連續倒塌作用下的動能。
圖1 MHRPC框架結構
為了驗證該體系的效果，我們同時開展了抗震和防連續倒塌子結構試驗，簡化版試驗結果（與常規RC框架試件對比）
圖2. 抗震性能試驗
（MHRPC框架：承載力高，二階剛度穩定，殘余變形?。?圖3.
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dyna_focus案例集錦7——倒塌案例
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展開 爆破拆除曲線梁橋連續倒塌過程分析
研究方法以及想要的效果
拆除構件設計是將結構中的初始失效構件進行移除，分析余下結構在原有荷載作用下通過內力重分布的方式發展至新的穩定平衡狀態或發生連續性倒塌。若結構發生連續性倒塌，可采取增強剩余結構的承載力或者延性的方法防止連續倒塌，這樣的處理方式實質上是為了給結構提供備用的荷載傳遞途徑，所以拆除構件法通常又被稱為“備用荷載路徑法”。其中，移除失效構件是指其不參與后續計算，并未對相鄰構件間的連接造成影響。
步驟：
1）建立有限元模型
2）施加靜力荷載（重力荷載，可變荷載：橋面均布荷載10.5KN/m，跨中集中荷載為240KN），隱式分析，進行靜力分析達到靜力平衡，得到靜力響應結果（這個結果是要保留的）
3）通過 read disp 和動力松弛引入結構進行隱式分析后所達到的靜力平衡狀態，瞬間拆除失效構件（4號墩），（用生死單元法）失效時間要小于1階豎向自振周期的1/10
4）進行隱式轉顯式動力分析，直至結構發生倒塌，得到動力響應結果，如：失效柱頂點位移圖，其他橋墩和梁的位移時程曲線，發生落梁對橋墩發生撞擊的撞擊力時程曲線，以及塑性鉸分布、倒塌破壞圖等。
有限元模型圖：
支座形式：
整體有限元網格模型圖：
有限元模擬動畫效果：
展開 作為土木工程師：有必要了解失穩破壞是如何讓房子倒塌的。
所以，本文的目的不在于得出樓倒塌的真正原因，因為資料有限，涉及的一些問題要后續由有關部門綜合確定。但這并不妨礙出于結構工程師的本能對該事件進行分析研究。與對事件分析的準確性相比，本文側重點在于分析結構受力過程的邏輯性及解釋的合理性，正所謂只有知道“房子是怎樣倒下的”，才能知道“房子如何站起來”。
鋼結構的破壞一般源于結構失穩。失穩的意思是材料沒有達到屈服強度而破壞，彈性失穩和彈塑性失穩都叫失穩。
圖1
這個樓的倒塌也是源于失穩。有一個視頻，記錄了樓的倒塌過程——樓是瞬間自前向后往“一側”倒掉的，典型的結構失穩，圖1為樓倒塌后的狀態。為什么是穩定破壞而不是強度破壞呢？關鍵是這個“瞬間”。古人云：失穩如失戀，發生在瞬間。那強度破壞是什么呢？強度破壞如戀愛，時間有長有短，但需要火候?？矗湃司褪侵腔?！
那房子為什么會失穩呢？這就要匯集一下目前的背景材料，雖然不完全準確。該建筑原為四層鋼結構，雙向鋼框架。縱向（長方向）六跨，橫向（短方向）2跨。后來經過18年的改造，加了3層，增加了酒店功能，砌了隔墻，上部14米跨加了柱子改為兩跨。
展開 建筑結構動力彈塑性與倒塌分析的參數化建模軟件PA-TRANS
鋼筋混凝土框架剪力墻結構倒塌過程仿真
對2011年2月11日新西蘭地震中倒塌的the Pyne Gould Corporation (PGC) 辦公樓進行倒塌過程模擬分析。該結構是鋼筋混凝土框架剪力墻結構，始建于1964年，后經多次加固改造。該結構的原貌與倒塌后形態見圖5.7與5.8。圖5.9為按目擊者描述給出的結構倒塌過程。
分析模擬時，首先采用PKPM進行結構建模、配筋計算，模型相比實際結構有所簡化；隨后采用建筑結構參數建模軟件PA-TRANS將PKPM軟件中的設計模型轉換至ABAQUS模型，并采用隱式、顯式分析模型接力計算。圖5.10為模擬計算得到的結構倒塌過程?？梢钥闯觯叩钠茐奈恢门c倒塌過程較為接近，誤差原因可能是計算模型與實際結構有所差異、計算中未考慮構件剪切破壞所致。
圖5.7 PGC辦公樓原貌
圖5.8 PGC辦公樓倒塌后的破壞形態
圖5.9 實際結構倒塌過程
圖5.10 模擬結構倒塌過程
六、 結論
1. PA-TRANS程序能夠按按工程分析需求實現復雜建筑結構的有限元參數化建模，使得工程師較為方便地使用ABAQUS軟件進行復雜建筑結構的動力彈塑性分析乃至倒塌過程模擬。
2. 配套的“基于ABAQUS平臺的鋼與混凝土單軸材料本構模型SJZU-CSUNIAXIAL”能夠較為準確地描述鋼筋混凝土梁柱、剪力墻構件的滯回性能。
3. 通過PA-TRANS程序轉換得到的ABAQUS結構模型在結構總質量、自振周期、振型等結果與原PMSAP模型計算的結果均能夠很好地吻合，PA-TRANS程序可用于復雜建筑結構模型的轉換。
4. 采用PA-TRANS程序能夠進行結構倒塌過程模擬，且模擬結果與實際結構的破壞位置、破壞順序與倒塌過程較為接近。
展開 Lsdyna冷卻塔倒塌模擬 ￥69
圖 1 倒塌工況布局
圖 2 冷卻塔支架刪除
圖 3 冷卻塔倒塌過程云圖
注：付費部分為k文件。
“一碗果凍效應”提高了高層建筑在卡斯卡迪亞地震中倒塌的風險
圖片來源：TOM BANSE / NW NEWS NETWORK
一項模擬卡斯卡迪亞（Cascadia）大地震影響的研究項目發現：現代高層建筑的倒塌風險比以前認為的要高。
華盛頓大學M9項目相關的地震學家和結構工程師使用超級計算機對卡斯卡迪亞（Cascadia）近海斷層帶進行了數十次9.0級斷裂的三維仿真模擬。華盛頓大學教授Jeff Berman說，模擬結果顯示在普吉特海灣低地和威拉米特河谷下方廣闊的沉積物盆地中的振動增強。受影響的城市包括西雅圖、塔科馬、埃弗雷特、波特蘭和附近的俄勒岡州圖拉丁。
Berman說，當大地震發生時這些盆地的地質會放大地震的能量。他稱這種放大效應為“一碗果凍效應”。
“如果你搖動一碗果凍，你可以讓果凍晃動的比碗更快，”他在接受采訪時解釋道，“這正是（地震時）盆地中發生的事情。地面運動進入盆地時，地表下的盆地周圍的火山巖就像你所晃動的這個碗，但火山巖更為堅硬?！? Berman表示，現有高層建筑中按照最低標準建造的建筑大約占20％，可能高達25％。這些最低標準建造的建筑物（在大地震中）可能會倒塌。
圖二：科學家們對具有不同起點和斷裂程度的Cascadia巨型地震進行了多次三維模擬。
展開 關于倒塌,連續性倒塌的研究匯報.
各位好，課題是恐怖爆炸下建筑物的連續性倒塌研究，已經進行了一年多了，有了點結果
不過不盡滿意，在這里跟大家討論。把結果發出來，供大家參考，也希望大家給建議，
如果有做相關的，希望一起討論。
砌體結構地震作用倒塌開裂數值模擬
兩個簡單的例子，主要模擬地震作用下砌體結構的倒塌或者開裂。說是地震作用，其實是靜力作用，因為地震激勵本身不是這兩個案例研究的對象 和焦點，兩個案例均屬于概念性計算，不必深究具體參數（如幾何尺度、材料參數等）的精確性，但也不會差得太遠。兩個案例均屬于試算性質，目的在于探討一種方法模式的可行性，計算結果大體規律還不算差，因此與大家分享（也鑒于個別論壇網友私下多有疑問，因此算是一并做一個解答參考）
思路說明 ：
1、兩個計算模型（附件壓縮包），一個作墻體開裂分析，一個做墻體坍塌計算（采用隱式方法）
2、墻體開裂模型，鑒于目前并無完整的關于砌體本構模型的數據（也可能是我沒有找到，如有朋友擁有，愿不吝賜享），因此采用了類似的混凝體開裂本構模型，但具體材料參數，如開裂強度、抗壓強度、彈性模量，大致參考相關砌體規范資料.
3、墻體坍塌模型，采用了adina雙線形彈塑性模型（具有斷裂特征），斷裂點根據規范參數計算。
4、若干個關于復雜非線性計算收斂的控制參數，模型中一并設置完好，供參考，為防止信息丟失，模型為idb格式，8.4.2版本，共4個壓縮包。
最后說明：這兩個案例僅為大家提供思路之用，如果從學術角度或者技術角度審視，歡迎私下交流。
磚墻崩塌
磚墻裂縫.
磚墻倒塌模擬動畫
磚墻裂縫發展動畫
計算模型
計算模型.part01.rar
計算模型.part02.rar
計算模型.part03.rar
計算模型.part04.rar
展開 基于abaqus的鋼筋混凝土平面框架倒塌性能分析 ￥100
<p>結構在遭遇偶然突發事件后， 不可避免的會導致結構局部破壞或者損傷， 如果剩余結構不能有效的承擔結構初始破壞和損傷造成的內力變化， 剩余結構就會發生進一步破壞， 造成多米諾骨牌式的連鎖反應，從而造成大范圍嚴重破壞乃至倒塌，這就是通常所說的連續倒塌。附件中只有一個cae有限元模型。
有限元+虛擬現實 | 河源東江大橋垮塌模擬的高真實感展示
Automation in Construction, 2014, 42: 90-99. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2014.02.020
三、總結
橋梁倒塌事故發生后，調查單位希望可以科學和真實地再現事故過程，為事故原因分析提供參考依據。利用有限元模擬和可視化技術對橋梁倒塌進行場景再現，可以滿足橋梁事故調查模擬結果的科學性和真實感的雙重要求。
課題組在“橋梁倒塌過程的過程反演分析與場景再現”方面的相關成果在國內一些重要橋梁倒塌事故分析中得到了成功應用。系統總結上述有關工作的資料可以參閱：基于計算機輔助的橋梁倒塌事故分析, 清華大學出版社, 2015.
展開 abaqus模擬磚堆倒塌
abaqus模擬磚堆倒塌
