考虑材料损伤失效的焊接钢框架倒塌全过程研究

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钢结构一直被认为是抗震性能优越的结构。但据资料调查显示,如日本阪神大地震和美国加州北岭地震均导致了大量钢结构建筑倒塌损毁,产生了一些超出预期的破坏现象(如后壁柱脆性断裂等),引发我们对倒塌破坏的思考。因此有必要研究结构倒塌破坏过程与倒塌机理,总结钢框架的层间极限位移角规律以及确定合理的结构整体损伤指数。针对上述问题,本文选用ABAQUS有限元分析软件对平面钢框架进行静力单调加载推覆分析,研究内容如下:1、材料方面;利用单元特征长度建立等效塑性位移与等效塑性应变的关系,通过等效塑性位移来定义材料损伤到失效的发展过程;模拟方面;采用生死单元技术,运用显式算法准静态分析完成了钢材的拉压实验的数值模拟,对一榀平面钢框架单调侧向推覆实验分别进行显式与隐式数值模拟,通过实验现象与实验数据的对比,验证了显式有限元模型参数的正确性、可行性与优越性;为进一步分析结构倒塌确定了明确的参数。2、运用PKPM设计一榀平面钢框架并在ABAQUS中进行单调侧向推覆分析,设定作用点的反作用力为0时是倒塌的临界限值并验证其正确性;将结构倒塌破坏过程分为五个阶段;从结构到构件详细分析其破坏过程与破坏原因;总结结构倒塌机理;讨论了结构层间位移角的发展与限值;提出延性——刚度退化损伤指数。3、在原有钢框架模型基础上通过改变模型跨度、层高以及分别对梁、柱、节点加强后对结构进行推覆分析,研究变化后结构的倒塌破坏模式、层间位移角的变化规律以及损伤指数对结构倒塌发展描述的准确性。
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