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钢框架结构连续倒塌数值模拟与分析

张晓静  
【摘要】:近年来,随着我国经济发展,大型建筑中钢框架结构体系应用越来越多。对于爆炸、撞击、火灾等非预期性的突发事件,其势必造成结构局部构件的直接破坏,并可能诱发钢框架体系发生连续性倒塌,导致人员伤亡和经济损失,故分析研究钢框架结构连续倒塌过程具有重要的现实意义。 本文选取某二层钢框架体系结构为研究对象,利用有限元分析方法,对结构可能出现的竖向承重构件破坏后的倒塌过程进行模拟与分析,以期找到结构抵御连续性倒塌的方法及倒塌后空间形态的控制。 本文基于国外已有的建筑物抗连续性倒塌的有关设计规范,归纳总结了有关结构抗连续倒塌的设计方法中的局部抵抗特殊偶然荷载作用法、概念设计法、备用荷载路径法等方法的适用性,对所分析结构的连续性倒塌模拟确定了以备用荷载路径法进行动力学分析的方案。 本文通过确定结构的物理和几何参数,建立了结构的有限元模型。分别对平面框架、空间纯框架、带混凝土板的空间框架进行了数值模拟。根据假设结构体系不同的初始破坏位置,设置了移除破坏位置构件的不同工况,利用ABAQUS/Explicit程序对剩余结构的动态反应进行显式动力学分析,有效验证了各个竖向承重构件及板的悬链线效应,及其对结构抵抗连续性倒塌的作用。 在备用荷载路径法移除柱的工况中,结构是否发生连续性倒塌,取决于内力重新分配是否能达到新的平衡。对于发生连续性倒塌的工况,本文描述了各个构件的倒塌时间及顺序,使结构的倒塌过程具体化和形象化,为确定倒塌中起关键作用的构件提供依据。最后,本文讨论了有效提高结构抗连续性倒塌能力措施与方法。


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