基于向量式有限元的多層鋼框架豎向連續(xù)倒塌行為研究.pdf

1、建筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌是國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程師討論的熱點(diǎn)，涉及連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)兩大學(xué)科，以及材料、幾何和接觸非線性，是一個(gè)從連續(xù)體變?yōu)榉沁B續(xù)體的動(dòng)力過(guò)程。現(xiàn)有的顯式有限元方法、隱式有限元方法和離散單元法等數(shù)值方法在分析結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌行為、模擬結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌過(guò)程時(shí)仍存在一定的局限。向量式有限元以向量力學(xué)和點(diǎn)值描述為基礎(chǔ)，是一種嶄新的數(shù)值分析方法。該方法求解大變形、大位移、斷裂、碰撞等結(jié)構(gòu)非線性不連續(xù)問(wèn)題以及機(jī)構(gòu)動(dòng)力預(yù)測(cè)等問(wèn)題時(shí)具有一定優(yōu)勢(shì)

2、。根據(jù)連續(xù)倒塌問(wèn)題的難點(diǎn)和向量式有限元的優(yōu)點(diǎn)，本文進(jìn)一步提出了將向量式有限元用于鋼框架結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌行為研究，為深入認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌模式和破壞機(jī)理提供了新的思路和方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)比顯式有限元、隱式有限元和離散單元法等常用數(shù)值方法在研究結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌時(shí)遇到的力學(xué)計(jì)算難點(diǎn)，并介紹向量式有限元的特點(diǎn)，指出運(yùn)用向量式有限元研究結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌行為的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)地闡述了向量式有限元的基本理論，推導(dǎo)了能量計(jì)算公式，通過(guò)能量守恒驗(yàn)證了

3、本文提出的應(yīng)變能計(jì)算方法的正確性。⑵將向量式有限元應(yīng)用到連續(xù)倒塌Pushdown分析，考慮了Pushdown分析大轉(zhuǎn)動(dòng)和彈塑性、結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化等復(fù)雜問(wèn)題，得到了梁軸力和彎矩的變化規(guī)律、荷載系數(shù)-豎向位移曲線和應(yīng)變能分布規(guī)律曲線，研究了懸鏈線和梁鉸兩種抗力機(jī)制的形成機(jī)理和演化過(guò)程。⑶通過(guò)向量式有限元實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)加載法，并用該方法拆除底層構(gòu)件，分析拆柱前后剩余結(jié)構(gòu)的位移、軸力、彎矩和應(yīng)變能變化量，同時(shí)提出了內(nèi)力變化量指標(biāo)和應(yīng)變能變化量指標(biāo)，研