空間鋼框架連續(xù)倒塌動力響應仿真分析.pdf

1、目前，結(jié)構(gòu)體系在正常荷載作用下的設計已經(jīng)成熟，但在偶然荷載作用下的抗倒塌能力還不夠，而連續(xù)倒塌往往導致慘重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元程序?qū)臻g鋼框架結(jié)構(gòu)進行連續(xù)倒塌動力響應仿真分析，以研究結(jié)構(gòu)的倒塌機制，并進行抗連續(xù)倒塌設計。 首先通過對一個兩層兩跨的平面鋼框架進行連續(xù)倒塌模擬，將計算結(jié)果與算例中結(jié)果分析比較，驗證了ANSYS/LS-DYNA程序用于連續(xù)倒塌仿真分析的正確性。因連續(xù)倒塌是

2、一個動力非線性過程，而靜力分析不能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在倒塌過程中的動力反應，研究中通過采用動力分析和靜力分析的最大響應的比例(即動力提高系數(shù))來說明動力因素對空間鋼框架結(jié)構(gòu)的影響程度；柱子發(fā)生破壞之前，結(jié)構(gòu)在重力的長期作用下會產(chǎn)生初始變形，為了更加切合實際，計算過程中分析了初始變形對鋼框架結(jié)構(gòu)的影響；在此基礎上，比較作用不同位置的偶然荷載對結(jié)構(gòu)的影響，不同位置構(gòu)件的荷載重分配情況以及層數(shù)或跨數(shù)增加時動力荷載沿層或跨的傳遞情況，以研究空間鋼框架結(jié)構(gòu)

3、的倒塌機理及進一步認識各因素對鋼框架連續(xù)倒塌的影響程度。針對首層單根和兩根相鄰柱子失效的情況，對連續(xù)倒塌全過程進行仿真分析，判定發(fā)生的倒塌破壞類型，并考慮了質(zhì)量不均勻分布對結(jié)構(gòu)倒塌破壞的影響。以各工況下發(fā)生連續(xù)倒塌的三層四跨鋼框架為研究對象，通過拉結(jié)強度法進行抗倒塌設計。經(jīng)分析研究表明，動力因素的影響使局部破壞附近塑性程度較大；作用不同位置的偶然荷載考慮節(jié)點的豎向位移和塑性旋轉(zhuǎn)角的動力提高系數(shù)時產(chǎn)生了一定的差異；不同位置構(gòu)件的荷載重分配

4、時，對于首層柱子和梁，內(nèi)部柱子分配的軸力要大于外圍柱子的軸力，而外圍柱子、梁分配的彎矩要大于內(nèi)部柱子、梁分配的彎矩；初始變形對結(jié)構(gòu)的豎向荷載重分配影響不大，而對橫向荷載重分配影響較明顯；增加的層參與了動力荷載重分配，跨數(shù)增加時荷載沒有傳到附加跨。就倒塌形式而言，首層外圍和內(nèi)部兩根相鄰柱子失效時分別發(fā)生了混合式和薄餅式倒塌破壞，而從倒塌性質(zhì)上兩者又都屬于不穩(wěn)定式倒塌破壞；質(zhì)量不均勻分布中剩余構(gòu)件未能承受作用在結(jié)構(gòu)上增加的荷載重分配時，會加