Обрушения зданий и сооружений: Крупнейшие обрушения зданий в России: хронология — Биографии и справки

Приглашенные редакторы: Хосе М. Адам ^а , Фульвио Паризи ^б , Хуан Сагасета ^с , Синьчжэн Лу ^д

Филиалы:

^a ICITECH, Политехнический университет Валенсии. Camino de Vera з / п, 46022 Валенсия, Испания

^b Кафедра инженерных и архитектурных сооружений, Университет Неаполя Федерико II.Via Claudio 21, 80125 Неаполь, Италия

^c Университет Суррея, Гилфорд, Суррей GU2 7XH, Великобритания

^d Ключевая лаборатория безопасности строительства и долговечности Министерства образования, Университет Цинхуа, Пекин 100084, Китай

Введение

Потребность в устойчивых обществах тесно связана с необходимостью создания надежных зданий, которые могут предотвратить прогрессирующий обвал после локального ущерба, например, в результате террористических атак, ударов транспортных средств и взрывов.Интерес к прогрессирующему обрушению и структурной устойчивости значительно вырос в 21 ^-м веке, о чем свидетельствует увеличение количества научных работ по этой теме, публикация новых руководств по проектированию или строительных норм и правил, а также обновление существующих. , Инженерные конструкции сыграл важную роль в исследованиях прогрессирующего разрушения и устойчивости строительных конструкций, являясь журналом, в котором опубликовано большинство работ по данному вопросу на сегодняшний день.

Этот Article Selection содержит некоторые из наиболее важных работ, опубликованных в Engineering Structures до сих пор в этом столетии в отношении прогрессирующего разрушения и структурной прочности. Приглашенные редакторы приложили все усилия, чтобы включить документы, характеризуемые такими аспектами, как оригинальность, новый вклад, актуальность, разнообразие тем и материалов, а также качество текста и рисунков. Помимо отобранных работ, Engineering Structures также опубликовал в последние годы другие превосходные статьи, которые не включены в подборку статей , особенно из-за нехватки места, и авторам которых приглашенные редакторы дают надежду на понимание.

Этот выбор статьи также содержит обзор работы приглашенных редакторов за последние годы: исследования и практика прогрессивного разрушения и устойчивости строительных конструкций в 21-м веке, включая наиболее важные достижения в области прогрессивного разрушения и надежности строительные конструкции. Выводы обзора включают определение критических вопросов, которые необходимо дополнительно изучить или даже изучить впервые.

Приглашенные редакторы уверены, что читатели Engineering Structures найдут содержание Article Selection интересным и полезным для исследований и практики.Все документы были в свободном доступе до 31 декабря 2018 года.

Выбор статьи

Влияние стратегий моделирования на распространение неопределенности в механизме альтернативного пути железобетонных каркасных конструкций
Амир Хоссейн Аршиан, Гвидо Моргенталь, Шанмугам Нараянан

Упрощенное моделирование прогрессирующего разрушения каркасно-стеновых конструкций RC
Ихай Бао, Саши К. Куннат

Прогрессивное разрушение хрупкости железобетонных каркасных конструкций с помощью инкрементального динамического анализа
E.Брунези, Р. Наскимбене, Ф. Паризи, Н. Аугенти

Экспериментальные испытания и численный анализ системы 3D стальной рамы при потере колонны
Флоря Дину, Иоан Марджинян, Дан Дубина, Иоан Петран

Экспериментальные испытания и численное моделирование стальных моментно-каркасных соединений при потере колонны
Флоря Дину, Иоан Марджинян, Дан Дубина

Нелинейный динамический динамический анализ разрушения многоэтажных стальных композитных каркасных зданий. Параметрическое исследование
Фэн Фу

Конструктивные характеристики полужесткой композитной рамы при потере колонны
Ланьхуэй Го, Шан Гао, Фен Фу

Прогрессивная оценка разрушения каркасных железобетонных конструкций в соответствии с руководящими принципами UFC для альтернативного метода пути нагрузки
Худа Хелми, Хамед Салем, Шериф Мурад

Моделирующие подходы для оценки устойчивости многоэтажных металлокомпозитных зданий
ЧАС.Zolghadr Jahromi, A.G. Vlassis, B.A. Иззуддин

Динамические характеристики подструктур балочных колонн РЦ по сценарию потери угловой колонны — Экспериментальные результаты
Цянь Кай, Бинг Ли

Поведение сборных железобетонных колонн, подлежащих демонтажу колонны
Шао-Бо Канг, Кан Хай Тан

Прогрессивная стойкость к разрушению сборных сборных балочных колонн с инженерными цементными композитами
Шао-Бо Кан, Кан Хай Тан, Эн-Хуа Ян

Сопротивление опусканию как мера прочности при прогрессирующем обрушении
Капил Хандельвал, Шериф Эль-Тавиль

Нелинейное динамическое моделирование прогрессирующего обрушения для многоэтажного здания
Леслав Квасьневский

Вероятностный анализ железобетонных каркасных конструкций от прогрессирующего обрушения
Цзя-Лян Ле, Бинг Сюэ

Усовершенствованный метод сил тяги для проектирования конструкций с постепенным разрушением железобетонных каркасных конструкций Yi Li, Xinzheng Lu, Hong Guan, Lieping Ye

Прогрессирующий разрушение стальной противоударной рамы, подверженной потере внутренней колонны: Экспериментальные испытания
Хунхао Ли, Сянхуи Цай, Лэй Чжан, Бойи Чжан, Вэй Ван

Экспериментальные исследования 3D RC подструктур при внешнем и угловом удалении
Намё Салим Лим, К.H. Tan, C.K. Ли

Исследование нелинейных динамических характеристик верха и сиденья с угловыми соединениями, подвергнутыми внезапному удалению колонн
Чанг Лю, Кан Хай Тан, Тат Чинг Фунг

Экспериментальное исследование подструктур балочных плит RC против прогрессирующего разрушения, подвергнутого сценарию удаления ребра колонны
Синьчжэн Лу, Кайци Лин, И Ли, Хун Гуань, ПэйчиРэнь, Юлун Чжоу

Упрощенный анализ надежности штамповки в железобетонных плоских перекрытиях зданий при случайных воздействиях
П.Olmati, J. Sagaseta, D. Cormie, A.E.K. Джонс

Исследования действия мембраны на растяжение в системах балочных плит при прогрессирующем разрушении с учетом различных конфигураций нагрузки и граничных условий
Ань Туан Фам, Намьо Салим Лим, Кан Хай Тан

Конечно-элементное моделирование и анализ производительности стальных каркасов с последующим натяжением против прогрессирующего разрушения Акбар Пирмоз, Мин (Макс) Лю

Динамическое и остаточное поведение железобетонных полов после мгновенного снятия колонны
Кай Цянь, Бинг Ли

Специальная методика усиления для улучшения сопротивления соединений балки с трубой для предотвращения прогрессирующего разрушения
Си Цинь, Вэй Ван, Йи Чен, Ихай Бао

Экспериментальное исследование устойчивости к прогрессирующему разрушению односторонних железобетонных балочных перекрытий по сценарию удаления средней колонны
Пэйци Рен, И Ли, Синьчжэн Лу, Хун Гуань, Юлун Чжоу

На пути к экономичной конструкции железобетонных конструкций от прогрессирующего обрушения
ЧАС.М. Салем, А.К. Эль-Фули, Х.С. Тагель-Дин

Реакция железобетонной конструкции с заполненным каркасом на удаление двух соседних колонн
Мехрдад Сасани

Экспериментальное исследование характеристик прогрессирующего разрушения рам RC с заполнением стенками
Сиди Шан, Шуан Ли, Шию Сюй, Лили Се

Новый метод анализа прогрессирующего разрушения кадров RC при взрывной нагрузке
Янчао Ши, Чжун-Сиань Ли, Хонг Хао

Экспериментально-аналитическая оценка прогрессирующего разрушения стального каркасного здания
Брайан И.Песня Халил Сезен

Типология прогрессивного коллапса
Уве Старосек

Исследование стойкости к прогрессирующему разрушению и неупругому отклику для сейсмостойкого здания RC, подверженного разрушению колонны
Мэн-Хао Цай, Бин-Хуэй Лин

Прогрессирующий обвал многоэтажных зданий из-за внезапной потери колонны. Часть II. Применение
А. Г. Влассис, Б. А. Иззуддин А.Ю. Эльгазули, Д.А. Nethercot

Эффективность практических соединений балки с SHS от прогрессирующего разрушения
Вэй Ванг, Чен Фан, Си Цинь, Ии Чен, Лин Ли

Экспериментальные испытания различных типов стальных болтовых соединений на болтах по сценарию удаления центральной колонны
Бо Ян, Кан Хай Тан

Экспериментальное и численное исследование сопротивления прогрессирующему разрушению сборных железобетонных колонн
Июнь ю, кан хай тан

Обрушение зданий

Обрушение зданий

Почему рухнули башни Всемирного торгового центра

Здания, как и все конструкции, спроектированы так, чтобы выдерживать определенные нагрузки без чрезмерной деформации. Нагрузка — это вес людей и объектов, вес дождя и снега, а также давление ветра — рабочих нагрузок — и мертвой нагрузки самого здания.В зданиях с несколькими этажами прочность обычно сопровождается достаточной жесткостью, и в основном это конструкция крыши, которая будет защищать от непогоды, охватывая большие открытые пространства. В высотных многоэтажных зданиях крыша является второстепенным вопросом, и главным фактором является поддержка веса самого здания. Как и длинные мосты, высокие здания подвержены катастрофическому обрушению.

Причины разрушения здания могут быть классифицированы под общими заголовками для облегчения анализа.Эти заголовки:

• Bad Design
• Неисправное строительство
• провал фонда
• Чрезвычайные Грузы
• Неожиданные режимы отказа
• Сочетание причин

Неисправная конструкция является наиболее важной причиной разрушения конструкции. Инженер также виноват здесь, если проверка была слабой. Это включает в себя использование соленого песка для производства бетона, замену указанной стали на более низкую, плохую клепку или даже неправильный момент затяжки гаек, чрезмерное использование выколотки для выравнивания отверстий, плохие сварные швы и другие известные практики на стройке.

Даже превосходно спроектированная и построенная конструкция не будет стоять на плохом фундаменте. Хотя конструкция будет нести свои нагрузки, земля под ней не может. Пизанская башня — известный пример плохого фундамента, но есть много других. Старый арсенал в Сент-Пол, штат Миннесота, упал на 20 футов или более в мягкую глину, но не разрушился. Смещения из-за плохих оснований могут значительно изменить распределение напряжений. Это была такая проблема с железнодорожными мостами в Америке, что статически определенные фермы были очень предпочтительными, так как они не были подвержены этой опасности.

Чрезвычайные нагрузки часто являются естественными, такими как повторяющиеся сильные снегопады, или сотрясение землетрясения, или ураганные ветры. Здание, которое рассчитано на несколько лет, должно быть в состоянии решить эти проблемы. Хрупкая гибкая структура может избежать разрушения при землетрясении, в то время как прочное каменное здание будет разрушено. Землетрясения могут вызвать проблемы с фундаментом, когда влажные заполненные земли разжижаются.

Неожиданные режимы сбоя являются наиболее сложной причиной сбоя, и у нас недавно был хороший пример.Любой новый тип структуры подвержен неожиданному отказу, пока его свойства не будут хорошо поняты. Подвесные мосты казались ответом на преодоление больших зазоров. Все было подкреплено прочным натянутым кабелем, надежным и понятным членом. Тем не менее, печальный опыт показал, что палуба моста способна скакать и скручиваться без удержания от опорных тросов. Мост Эллета в Уилинге рухнул в 1840-х годах, а мост Такома-Нарроуз — в 1940-х годах по этой причине.

Консервативные, сильные статически определенные фермы были разработаны с закрепленными на штифтах рычагами, чтобы быть как можно более прочными и безопасными. Печальный опыт принес реализацию концентрации напряжения в отверстиях, пробитых в глазных яблоках. С самых ранних времен было признано, что у участников напряженности нет никаких неожиданностей. Они терпят неудачу, разрываясь, когда напряжение в них становится слишком высоким. Если вы знаете натяжение, то дозировать член легко. Член сжатия, столбец, отличается.Если оно короткое и приземистое, оно несет свою нагрузку до тех пор, пока не сокрушится. Но если вы попытаетесь поддержать груз с помощью 12-футового столбца, который будет просто поддерживать груз с помощью 1-футового столбца, вас ждет сюрприз. Колонна изгибается наружу, или пряжки , и груз падает на землю.

Предположим, у вас есть балка, поддерживаемая на концах, с нагрузкой в ​​центре. Вы знаете, что балка будет изгибаться, и если нагрузка слишком велика, она может распасться внизу или раздавиться сверху под нагрузкой.Это вы ожидаете. Тем не менее, луч может потерпеть неудачу, разделившись на два луча в продольном направлении, или , срезая , или на вершине луча, отклоняющейся в одну или другую сторону, также называемую короблением. Фактически, луч обычно терпит неудачу, сдвигаясь или прогибаясь перед разрушением.

Полая труба делает очень эффективную колонну или балку. Если подумать, это материал на поверхности, который больше всего сопротивляется изгибу и изгибу. Колонна, которая изменяется от компактного поперечного сечения, такого как цилиндр, до расширенного поперечного сечения, такого как труба, может выдерживать ту же нагрузку на единицу площади, но с гораздо большим сопротивлением деформации.Как балка, одна сторона находится в сжатии, а другая в растяжении, в то время как труба не может изгибаться в ту или иную сторону. Когда вы сгибаете трубу, обратите внимание, что она сжимается внутрь, уменьшая поперечное сечение до линии, которая легко изгибается. Трубы должны быть защищены от потери устойчивости. Такая труба имеет очень высокое отношение прочности к весу и, следовательно, прочности к стоимости.

Высокие здания, как правило, изготавливаются из жесткого стального каркаса, обшитого легчайшими материалами для защиты от погодных условий.В качестве альтернативы, был использован железобетон, где устойчивый к сжатию и защищающий бетон окружает прочную, устойчивую к растяжению сталь, объединенную в единый корпус. Такие сооружения никогда не выходили из строя (при правильном построении на хороших основаниях) и решительно противостоят разрушению. Когда разрушаются нижние опоры стального каркаса, кажется, что вес здания разрушает нижние части, а верхние части медленно опускаются в груду мусора. Монолитные железобетонные здания трудно разрушить любым способом.

Башни Всемирного торгового центра не использовали ни стальной каркас, ни железобетон. Они были спроектированы в виде квадратных труб из тяжелых полых сварных секций, которые были закреплены на полу. Массивные фундаменты спустились в скальную породу, поскольку башни должны были быть защищены от ветров и других боковых сил, стремящихся опрокинуть их. Все это было учтено при проектировании и строительстве, которое, похоже, было первоклассным. Попытка повредить здания бомбой на базе имела незначительный эффект.Сильная основа и основание с легкостью отразят любое подобное нападение, как это и было на самом деле. Воздействие самолетов на верхние этажи имело только локальный эффект и не нарушало целостность зданий, которые оставались прочными. Пожары вызвали ослабление стали, и некоторые из полов внезапно получили нагрузку, для которой они не были предназначены.

То, что произошло дальше, было неожиданным и катастрофическим. Опавшие полы выталкивали стальные модули наружу, отделяя их от балок пола.Следующий этаж рухнул на нижнем, выталкивая стальные стены, и это продолжалось так же, как рушится карточный домик. Мусор бетонной облицовки и стальных модулей упал в душ, в то время как основная конструкция рухнула почти с той же скоростью. Примерно за 15 секунд 110 этажей превратились в кучу 9 этажей, в основном из стальных модулей и всего, что было вокруг них. Южная башня рухнула через 47 минут после удара, северная башня через 1 час 44 минуты после удара. Прошедшие времена показывают, что удары не были непосредственной причиной коллапса; сильное здание легко противостояло им.Когда хотя бы один угол пола ослабнет и упадет, обвал скоро распространится по всей окружности, и здание будет потеряно.

Ясно, что здания, построенные таким образом, имеют катастрофический режим разрушения («карточный домик»), который должен исключать их будущее строительство. Он срабатывает, когда на любом уровне происходит частичное разрушение, которое нарушает непрерывность трубки, которая затем быстро сворачивается сверху вниз. Крах имеет средства распространения, которые вскоре охватывают всю конструкцию, минуя ее основные сильные стороны и ее невозможно прервать.Нет необходимости в авиалайнере; простой взрыв сделает работу. В башнях были центральные трубы для лифтов и служб, но они, по-видимому, не играли существенной роли в обрушении и не были видны на фотографиях или обломках.

Производство NOVA, Почему башни рухнули

Я посмотрел эту часовую постановку 30 апреля 2002 года. Она была очень интересной, но, казалось, была сосредоточена на воздействии огня и безопасности здания, а не на механизме разрушения.Когда было показано столкновение самолета с башней, взрыв был одновременно со вспышкой, показывая, что мы просматривали отредактированную версию. Соединения стропильных ферм с внешней стеной действительно были не очень прочными — два 5/8 «болта каждый, поэтому пол и стену можно было легко разделить, как я предполагал выше.

Несомненно, роль огня в ослаблении стали, в которой произошли столкновения, а также неэффективность огнезащитной пены, которая, кажется, сдулась.Однако это может вызвать только локальный обвал, что приведет к необычной нагрузке на нижние этажи. Это их ответ, структуры, не ослабленной в результате пожара или удара, очень важен, и эта тема была отвергнута в программе. На самом деле был показан ошибочный рисунок последовательных разрушений этажей, «блин», в то время как обрушение башен было совершенно другим: верхние этажи заканчивались на дне сваи, а нижние этажи наверху. Один комментатор на самом деле упомянул об изгибе стены (без упоминания об изгибе), но не стал следить.

Более подробно было представлено ядро, которое содержало лестницы и лифты, а также строительные услуги, такие как вода для пожаротушения (которая была прервана только в Северной башне). Это ядро ​​никогда не появляется в видео как элемент силы, хотя фермы пола были поддержаны на нем. Можно было бы предположить, что, когда внешние стены вышли из строя, ядро ​​просто разрывалось и разрушалось. Обрушение Северной Башни показывает, что телевизионная антенна изначально падала, хотя стены уже были явно разрушены.Вывод о том, что центральное ядро ​​не удалось в этом случае сносить наружу, кажется очень необоснованным. Во взглядах на Южную Башню вообще нет никаких доказательств. В обоих случаях обвал происходил одновременно вокруг здания, а не асимметрично.

Следует признать, что повреждения башен были разными, как показала программа, поэтому у нас есть два примера такого рода отказов, а не один. Программа держится подальше от смущающего вывода о том, что такая структура имеет свойственный режим отказа, как я и предположил.Возможно, у нас должны быть дополнительные примеры, чтобы прояснить это. Эмпайр Стейт Билдинг был также поражен самолетом (бомбардировщик), который нанес значительный ущерб, но не было никаких намеков на то, что здание было в опасности. Можно предположить, что если самолет ударит по зданию с объемным каркасом, полного разрушения не будет, только локальный ущерб. Мусор из обрушенной части будет падать наружу в стороны, не отрывая здание от внутренней части.

Составлено J.Б. Калверт
Создано 23 сентября 2001
Последняя редакция 30 апреля 2002 г.