爆炸荷载作用下钢框架结构抗连续倒塌性能快速评估方法

摘要

近年来,爆炸事件在世界各国时有发生,在爆炸荷载作用下,建筑结构某些重要构件会发生损伤破坏,甚至引起结构发生连续倒塌,造成大量的人员伤亡与巨额经济损失。目前为止,世界多国学者主要采用替代传力路径法和直接模拟法对钢框架结构进行抗连续倒塌的设计和性能分析。但是,采用这两种方法进行分析的前提是建立建筑结构精细化的整体模型,计算分析对计算机硬件水平要求很高,计算时间长。本文将子结构法分别与两种传统分析方法结合,建立了一种快速评估方法,在钢框架结构遭受爆炸荷载作用后,可对其抗连续倒塌性能进行评估。本文主要进行的科研工作以及获得的科研成果主要包括以下4项:
　　(1)假设钢框架结构的某一构件在爆炸荷载作用下发生失效,给出了该构件失效导致的钢框架结构的容许倒塌范围。并依据容许倒塌范围提出了适用于替代传力路径法的子结构选取原则和方法;同时考虑爆炸能量和构件损伤,提出了适用于直接模拟法的子结构选取原则和方法。
　　(2)子结构与剩余结构之间存在复杂的相互作用,本文利用弹簧模拟剩余结构对子结构约束作用,并将计算得到的荷载值作用在子结构边界处的节点上,以此模拟剩余结构对子结构的力的作用。综合考虑替代传力路径法和直接模拟法的特点,分别提出了适用于替代传力路径法和直接模拟法的弹簧刚度及边界处荷载的确定方法。
　　(3)建立了2个5层的钢框架结构,采用本文提出的方法及替代传力路径法对其进行连续倒塌数值模拟,并根据本文给出的整体结构倒塌准则和抗连续倒塌性能评估方法对分析结果进行评判。结果表明,本文提出的方法计算结果与替代传力路径法吻合较好,且能显著提高计算效率,通过该方法可实现对整体结构抗连续倒塌性能的快速评估。
　　(4)建立了1个5层钢框架结构,采用本文提出的方法及直接模拟法对其进行连续倒塌数值模拟,并根据本文给出的整体结构倒塌准则和抗连续倒塌性能评估方法对分析结果进行评判。结果表明,本文提出的方法与直接模拟法得到的结构的非线性动力响应情况、极限TNT当量及倒塌破坏形式基本相同,本文提出的方法在保证计算结果准确的同时,也能够实现对整体建筑结构抗连续倒塌性能的快速评估。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状概述

1.3本文的研究内容

第二章 子结构选取及边界条件确定

2.1子结构选取影响因素

2.2子结构选取原则及方法

2.3子结构边界条件

2.4本章小结

第三章 钢框架结构抗连续倒塌性能快速评估

3.1钢框架结构概况

3.2钢框架结构有限元模型

3.3结构倒塌判定准则及抗连续倒塌性能评估方法

3.4子结构及整体结构连续倒塌分析结果

3.5本章小结

第四章 爆炸作用下钢框架结构抗连续倒塌性能快速评估

4.1钢框架结构概况

4.2钢框架结构有限元模型

4.3结构倒塌判定准则及抗连续倒塌性能评估方法

4.4子结构及整体结构连续倒塌分析结果

4.5本章小结

第五章 结论及展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢