基于向量式有限元的防屈曲支撑钢框架倒塌性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:ytcjy
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传统的建筑结构通过增加构件截面面积提高结构刚度,这种方式虽然提高了结构的抗连续倒塌和抗地震倒塌性能,但增加了结构的建筑成本,降低了结构的性价比。防屈曲支撑作为一种承载力耗能构件,具有安装简便、便于替换、减震效果出色等优点,广泛应用于建筑工程中。目前,国内外学者对防屈曲支撑技术的研究已较为成熟,但对布置防屈曲支撑的框架结构抗连续倒塌和地震倒塌性能的研究较少。向量式有限元法目前多用于处理结构大变形问题,被离散的质点可以通过其运动方程描述结构的运动行为,计算过程中无需集成结构刚度矩阵。鉴于向量式有限元法的独特优势,本文基于向量式有限元理论通过瞬时卸载法研究结构的竖向连续倒塌问题,采用增量动力分析法研究结构的侧向地震倒塌问题,分析了防屈曲支撑对结构抗连续倒塌及地震倒塌性能的影响,并对两种倒塌过程进行模拟。主要研究内容如下:(1)介绍向量式有限元法的基本概念和分析方法,建立基于向量式有限元理论的防屈曲支撑单元和附加防屈曲支撑的钢框架模型,提出相应的分析方法;分析地震荷载作用下附加防屈曲支撑的钢框架结构的非线性反应,并将向量式有限元的数值模拟结果与SAP2000软件的模拟结果进行对比,验证程序的正确性。(2)建立六层四跨钢框架模型,采用考虑初始变形的等效瞬时卸载法对结构进行底层构件失效的竖向连续倒塌分析,研究底层柱失效位置、防屈曲支撑位置、防屈曲支撑刚度对剩余结构在竖向均布荷载作用下动力响应的影响,并依据结构的抗竖向连续倒塌性能和使用经济性,分析防屈曲支撑框架结构的适宜抗侧刚度比。(3)基于增量动力分析法对求出的适宜抗侧刚度比框架进行动力非线性分析,分析防屈曲支撑对结构抗地震倒塌性能的影响,并分析防屈曲支撑钢框架在不同损伤状态下的地震易损性;(4)建立梁单元、柱单元以及防屈曲支撑单元的断裂准则和断裂模式,基于向量式有限元分别对底层两根柱失效和受水平地震荷载作用时有无布置防屈曲支撑的钢框架结构进行断裂倒塌过程模拟,分析防屈曲支撑对框架结构断裂倒塌的影响。
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