结构抗连续倒塌关键构件的评价方法及敏感性分析

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建筑物的连续倒塌是一种危害性很强的工程灾害,往往带来严重的人员伤亡和巨大的经济损失,是近年来土木工程界研究的热点问题之一。确定结构在连续倒塌中的关键构件,以及连续倒塌对各个设计参数的敏感性程度,对于结构的抗连续倒塌设计具有十分重要的意义。当确定了结构的关键构件和敏感设计参数之后,可以有重点、有目标地对结构进行加固设计,最大限度地减少连续倒塌的发生。然而,截至目前,世界各国的设计规范都未能提出具体的关键构件确定方法。本文分别从钢梁悬链线屈服理论以及能量法入手,推导了确定结构关键构件的相关计算公式;利用ABAQUS有限元软件及相应的计算模型,对框架结构连续倒塌关于设计参数的敏感性进行了探索性研究。具体工作可分为以下几个部分:1.通过对钢梁在悬链线作用阶段的受力状态的分析,推导了钢梁在悬链线阶段最大容许位移的计算公式,进而引出了柱的“特征移除系数(μ)”的概念,定量地计算了构件在连续倒塌中的重要性指标。利用ABAQUS有限元软件对一实际工程进行了非线性动力分析,结果表明,特征移除位移的算法能够在一定程度上反映出构件在抗连续倒塌中的重要性程度,预测结果与一般工程经验一致。且适合结构化编程计算。2.在结构的抗连续倒塌设计中,能量法是一个很好的切入点。作为构件的重要性评价指标,以拆除构件前后,结构体系的变形能的变化率作为衡量构件重要性程度的指标,形象直观。在此基础上,引入Neumann级数进行重要性系数的简化计算,避免了反复求解构件破坏后的整体刚度矩阵的过程,提高了计算效率,且具有较高的精度。另外,进一步地提出了“扩展的重要性系数”的概念,可以用来进行多构件同时破坏情况下的结构危险性的比较分析。3.利用ABAQUS有限元软件建立了一组设计参数(层数,抗震烈度,配箍率等)不同的钢筋混凝土框架模型,通过拆除构件法计算结构发生连续倒塌的严重性程度,并进行比较分析。结果表明,结构连续倒塌对于楼层数和配箍率的敏感性程度较高,对于建筑物抗震设防烈度的敏感性程度较低。
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