鋼框架結構連續(xù)倒塌計算分析與評估方法及試驗研究.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致結構發(fā)生局部破壞，這種破壞從結構初始破壞位置沿構件進行傳遞，最終導致大面積坍塌或整個結構的倒塌，它的主要特點是初始破壞程度與最終的破壞結果不成比例以及倒塌過程具有連續(xù)性。
　　 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，鋼結構在土木工程中的應用越來越普遍，其中很多為鋼框架結構。雖然目前鋼框架結構在正常使用荷載作用下的設計已經(jīng)比較成熟，但對在偶然荷載作用下的抗連續(xù)倒塌設計還不完善，而結構的連續(xù)倒塌往

2、往導致嚴重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，一些安全等級要求較高或容易遭受偶然荷載作用的鋼框架結構的抗連續(xù)倒塌能力顯得尤為重要。本文即在這種背景下展開對鋼框架結構的連續(xù)倒塌課題的研究。
　　 本文對2個2層空間鋼框架模型進行了擬靜力試驗研究，通過觀測試驗模型在倒塌破壞過程中的受力和變形情況，揭示了鋼框架結構的倒塌破壞過程和受力特點。鋼框架結構在倒塌過程中主要經(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3個平面鋼框架模型進行了模擬“抽柱法”的動力試驗研究。通過高速攝像機觀測整個試驗過程，揭示鋼框架結構在瞬時動力作用下的破壞過程和受力特點。鋼框架結構在瞬時動力作用下的破壞過程和受力方式的轉(zhuǎn)變與擬靜力試驗中結構破壞過程和受力方式的轉(zhuǎn)變基本相同。有限元分析對試驗過程的模擬結果顯示，在對鋼框架結構進行連續(xù)倒塌分析時，應考慮材料的應變率效

4、應。
　　 基于動力試驗模型，對結構連續(xù)倒塌分析時的動力效應系數(shù)進行研究。研究結果表明，結構的動力效應系數(shù)隨荷載布置位置、結構形式等因素變化?；谀芰渴睾阍恚岢鼋Y構連續(xù)倒塌分析中的動力效應系數(shù)取值方法。通過考察材料應變率效應、動力效應影響區(qū)域、失效位置和空間效應等因素的影響，對本文提出的動力效應系數(shù)取值方法的準確性進行驗證。
　　 節(jié)點的受力對結構連續(xù)倒塌分析結果影響很大，采用梁柱理想剛接的桿系模型進行結構連續(xù)倒塌分

5、析會產(chǎn)生較大的誤差，本文采用節(jié)點機械模型模擬節(jié)點的受力。依據(jù)已有的節(jié)點試驗模型，對H型梁柱全焊接剛性連接節(jié)點的機械模型進行了研究。通過對已有節(jié)點機械模型進行修正以考慮框架梁軸拉力對節(jié)點受力的影響，并對將節(jié)點機械模型用于結構連續(xù)倒塌分析中的可行性和準確性進行了驗證，提出了H型鋼梁和H型鋼柱弱軸方向連接節(jié)點的機械模型和計算方法。
　　 針對抽柱法進行結構連續(xù)倒塌分析時，需要確定抽柱位置和失效時間，本文提出了鋼框架結構的關鍵桿件判別指