钢框架-组合楼板结构抗连续倒塌性能简化评估

摘要

自从美国世贸大厦在2001年发生倒塌以来，国内外工程界掀起了一股结构抗连续倒塌研究热潮。建筑结构的连续倒塌涉及整个结构，既要考虑材料非线性和几何非线性，又要考虑局部构件突然失效引起的动力效应，因而十分复杂。到目前为止，建筑结构的抗连续倒塌研究方法主要是试验研究和有限元模拟。对于三维整体结构，试验研究往往会受限于实验室条件和试验成本而难以进行；有限元模拟则常因整体结构单元数过多而导致计算效率低下甚至无法计算，且不同建模方法可能会产生不同分析结果，这两种方法都不利于工程师直接使用。因此，有必要提出一种简化评估方法，以便于快速计算结构的抗连续倒塌承载能力。
　　本文基于钢框架-组合楼板三维整体结构在中柱失效下的抗连续倒塌试验研究成果，提出了一种适用于工程实际的简化评估方法，供工程设计师参考与使用。本文的主要研究工作概括如下：
　　①通过对连续倒塌工况下结构破坏过程的探讨，明确结构在各个阶段的传力机理，为评估方法的建立提供理论依据；
　　②将板的屈服线承载力与组合框架的抗弯承载力之和作为中柱失效后剩余结构在小变形阶段的承载力，并提出了一种简化方法来计算大变形下板的受拉膜效应和梁的悬链线效应承载力；
　　③提出计算组合框架结构在小变形阶段和大变形阶段挠度值的简化公式；④基于评估方法求得的结构静力荷载-位移响应，采用Izzuddin提出的能量法
　　来计算结构的非线性动力响应承载力；
　　⑤采用既有的三维整体结构抗连续倒塌试验研究及有限元分析结果对简化评估方法进行验证，以确定该评估方法的准确性，并给出两个算例以供工程设计师或研究人员参考。
　　本文的创新点：
　　①针对半刚性连接的组合框架，首次提出了计算弹塑性变形值的实用公式，该公式简单且有较好的精度；
　　②基于试验结果，首次提出了一种简化计算大变形下板受拉膜效应和梁悬链线效应承载力的算法；
　　③首次推导了一种能考虑动力效应的评估钢框架-组合楼板三维整体结构抗连续倒塌承载力的简化方法，供工程设计师参考与使用。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 结构连续倒塌背景

1.2 抗连续倒塌研究现状

1.3 抗连续倒塌设计规范

1.4 抗连续倒塌设计方法

1.5 本文研究内容

1.6 本章小结

2 连续倒塌工况下结构的破坏过程及传力机理

2.1 概述

2.2 结构的破坏过程

2.3 小变形阶段的传力机理

2.4 大变形阶段的传力机理

2.5 评估方法中需计算的传力机理

2.6 本章小结

3 评估方法的建立

3.1 概述

3.2 基本假定

3.3 小变形阶段承载力

3.4 小变形阶段位移值

3.5 大变形阶段承载力

3.6 大变形阶段位移值

3.7 非线性动力响应

3.8 评估方法的计算流程

3.9 本章小结

4 试验研究及评估方法验证

4.1 概述

4.2 整体结构试验简介

4.3 抗剪栓钉推出试验

4.4 腹板双角钢节点试验

4.5 平齐式端板节点试验

4.6 评估方法验证

5 评估方法应用及讨论

5.1 概述

5.2 评估方法应用

5.3 评估方法简化

5.4 结构设计建议

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 本文创新点

6.3 今后研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

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