半刚性钢框架连续倒塌分析

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近年来,钢结构在高层建筑、大跨度结构、工业厂房得到了广泛的应用。随着恐怖袭击、爆炸、火灾的频发,钢结构遭受突发偶然事件引起的连续倒塌事件越来越多。钢结构连续倒塌这一问题引起了工程界和学者的广泛关注。现有的对钢结构连续倒塌研究多侧重于对钢框架整体结构的连续倒塌性能分析,梁柱的连接通常被认为是理想的刚性连接。但在实际工程中梁柱节点既不可能是完全刚接也不可能是理想铰接,而是连接刚度处于这两者之间的半刚性连接,采用这种理想的梁柱刚接模型会造成理论与实际的较大差异。目前,国内学者对半刚性连接的节点受力性能进行了较为充分的研究,但是较少人研究半刚性连接节点钢框架的连续倒塌问题。本文就是基于此背景下提出的,具体包括以下几个内容:  首先,本文对连续倒塌的分析方法做了简要介绍,并详细介绍替代路径传力法的撤柱原则、荷载组合和失效及破坏准则。  然后利用理论分析模型对顶底角钢连接和端板连接节点进行计算。通过改变节点的主要参数,计算半刚性连接节点的承载力、初始转动刚度和弯矩—转角曲线的简化模型。  再运用SAP2000有限元分析软件的非线性连接单元模拟半刚性连接,将结构体系中的框架梁假设成由一个杆单元和两个附加在杆件端部的零长度转动弹簧组成。在计算过程中,将钢柱假定为连续的,只认为梁端为半刚性连接。建立上述项底角钢连接钢框架、端板连接钢框架和刚接框架,基于pushdown非线性静力分析方法对刚接框架和半刚性连接钢框架进行撤柱后受力分析,研究撤柱后剩余结构的受力机理和破坏顺序。并利用瞬时卸载法对刚接框架和半刚性连接钢框架进行动力效应分析,主要是对失效点位移曲线和剩余结构动力效应作用区域的研究。  研究表明:节点刚度对结构的连续倒塌能力有一定的影响。随着节点刚度的降低,剩余结构抵抗连续倒塌能力下降。端板连接钢框架与顶底角钢连接钢框架相比,其抵抗倒塌的能力更强。
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