鋼框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌計(jì)算分析與評(píng)估方法及試驗(yàn)研究.pdf

1、建筑物的連續(xù)倒塌可以概括為在正常使用條件下由于偶然事件導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞，這種破壞從結(jié)構(gòu)初始破壞位置沿構(gòu)件進(jìn)行傳遞，最終導(dǎo)致大面積坍塌或整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌，它的主要特點(diǎn)是初始破壞程度與最終的破壞結(jié)果不成比例以及倒塌過(guò)程具有連續(xù)性。
　　 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，其中很多為鋼框架結(jié)構(gòu)。雖然目前鋼框架結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下的設(shè)計(jì)已經(jīng)比較成熟，但對(duì)在偶然荷載作用下的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)還不完善，而結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌往

2、往導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，一些安全等級(jí)要求較高或容易遭受偶然荷載作用的鋼框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力顯得尤為重要。本文即在這種背景下展開(kāi)對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌課題的研究。
　　 本文對(duì)2個(gè)2層空間鋼框架模型進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)研究，通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诘顾茐倪^(guò)程中的受力和變形情況，揭示了鋼框架結(jié)構(gòu)的倒塌破壞過(guò)程和受力特點(diǎn)。鋼框架結(jié)構(gòu)在倒塌過(guò)程中主要經(jīng)歷了彈性階段、塑性階段、懸鏈線階段和倒塌破壞階段;在受力方面，主要經(jīng)歷了以受

3、彎為主的受力方式到以受拉為主的受力方式的轉(zhuǎn)變。
　　 采用氣缸作為失效激發(fā)裝置模擬框架柱瞬間失效，對(duì)3個(gè)平面鋼框架模型進(jìn)行了模擬“抽柱法”的動(dòng)力試驗(yàn)研究。通過(guò)高速攝像機(jī)觀測(cè)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，揭示鋼框架結(jié)構(gòu)在瞬時(shí)動(dòng)力作用下的破壞過(guò)程和受力特點(diǎn)。鋼框架結(jié)構(gòu)在瞬時(shí)動(dòng)力作用下的破壞過(guò)程和受力方式的轉(zhuǎn)變與擬靜力試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程和受力方式的轉(zhuǎn)變基本相同。有限元分析對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的模擬結(jié)果顯示，在對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)倒塌分析時(shí)，應(yīng)考慮材料的應(yīng)變率效

4、應(yīng)。
　　 基于動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析時(shí)的動(dòng)力效應(yīng)系數(shù)進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)系數(shù)隨荷載布置位置、結(jié)構(gòu)形式等因素變化。基于能量守恒原理，提出結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析中的動(dòng)力效應(yīng)系數(shù)取值方法。通過(guò)考察材料應(yīng)變率效應(yīng)、動(dòng)力效應(yīng)影響區(qū)域、失效位置和空間效應(yīng)等因素的影響，對(duì)本文提出的動(dòng)力效應(yīng)系數(shù)取值方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 節(jié)點(diǎn)的受力對(duì)結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析結(jié)果影響很大，采用梁柱理想剛接的桿系模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分

5、析會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，本文采用節(jié)點(diǎn)機(jī)械模型模擬節(jié)點(diǎn)的受力。依據(jù)已有的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?duì)H型梁柱全焊接剛性連接節(jié)點(diǎn)的機(jī)械模型進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)已有節(jié)點(diǎn)機(jī)械模型進(jìn)行修正以考慮框架梁軸拉力對(duì)節(jié)點(diǎn)受力的影響，并對(duì)將節(jié)點(diǎn)機(jī)械模型用于結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析中的可行性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，提出了H型鋼梁和H型鋼柱弱軸方向連接節(jié)點(diǎn)的機(jī)械模型和計(jì)算方法。
　　 針對(duì)抽柱法進(jìn)行結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析時(shí)，需要確定抽柱位置和失效時(shí)間，本文提出了鋼框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵桿件判別指