桁梁結構體系的連續(xù)性倒塌試驗與數(shù)值仿真研究.pdf

1、自從英國倫敦Ronan Point公寓爆炸導致連續(xù)性倒塌破壞以來，連續(xù)性倒塌研究已經成為許多學者關注的問題。導致結構倒塌的偶然事故，不僅破壞力巨大，而且難以預見、難以控制，使得這類事故難以納入已有的基于概率統(tǒng)計的荷載(作用)分析方法中。因此關于結構體系連續(xù)性倒塌的研究，不僅具有緊迫的社會需求，也為研究者提出了許多難題。
　　 本文以大跨度桁梁結構為對象，選取其中的桁梁結構體系進行深入的研究和探討。本文所指的桁梁結構，是指格構式的

2、平面受力構件組成的大跨度結構。與一般空間結構體系和框架結構體系相比，這類結構體系的冗余度較低，其抵抗連續(xù)性破壞的問題更值得關注。
　　 本文主要從試驗、數(shù)值模擬仿真和安全性能評價方式的檢驗三個方面進行了桁梁體系連續(xù)性倒塌的研究。
　　 試驗方面：首先，設計了一小比例桁梁模型結構體系，減小試驗成本，同時易拆裝，利于試驗重復使用，有助于參數(shù)試驗研究。重點開發(fā)研制了初始破壞引入裝置，模擬偶然機制和作用，該裝置具有對擬破壞構件常

3、規(guī)性質的非干擾性；破壞的瞬時性；不同破壞位置的可移植性；對試驗過程具有可控性。同時開發(fā)了非接觸式動位移測量技術，通過攝像來獲取位移的時程曲線。其次，進行了桿件材料和組合構件的拉伸試驗，確定整個結構的剛度。進行了初始破壞后剩余結構的彈性振動試驗，具有可重復性，考察結構動力性能，測試設備的可行性，并揭示出整體結構與局部構件的頻率關系。最后，通過動態(tài)應變和動態(tài)位移的數(shù)據(jù)分析并結合試驗過程的錄像，可以有效地揭示連續(xù)性倒塌試驗過程中剩余結構所經歷

4、的不同狀態(tài)。通過應變片測點合理布置，可以判斷構件的屈服順序、破壞順序，進而推斷出整體結構的破壞機制。提出了一些抵抗連續(xù)性倒塌措施：加強上弦支撐的作用，增強整個結構的空間效應，可有效提高抗倒塌能力；提高構件承載力富余水平有利于結構抗倒塌?？傊?，建立了一套有效的實驗室系統(tǒng)，從桿件材料的測試，構件性能的測定，到整個結構體系的靜、動力測試，一直到最后的連續(xù)性倒塌試驗。使研究由淺入深，有利于數(shù)值仿真分析的展開，逐步的、堅實的、全面的“探索”結構的

5、破壞機制。
　　 數(shù)值仿真方面：首先，以ABAQUS有限元軟件為數(shù)值模擬平臺，建立了試驗的數(shù)值模型。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，進行了數(shù)值模型剛度和頻率的校正分析。通過顯式積分和結果傳遞技術可以完全模擬連續(xù)性倒塌的全過程，分析試驗的破壞機制。通過參數(shù)分析來考察連續(xù)性倒塌試驗過程中所忽略的一些影響因素：材料性能、阻尼、初始破壞桿件的失效時間、節(jié)點構造等。這些因素可能影響最終的破壞機制，應予以重視。
　　 安全性能評價方式的檢驗方面：設計