拉结强度法在钢框架结构抗连续倒塌中的应用研究

摘要

结构连续倒塌是指结构在正常使用情况下,意外事件造成结构局部发生初始破坏,继而引起周围杆件的连锁破坏，最终形成与初始局部破坏不成比例的结构大范围倒塌或是整体倒塌。连续倒塌会造成严重的后果，如何在结构设计时进行抗连续倒塌设计成为结构工程师面临的重要课题。我国对这一领域的研究还不够,我国建筑规范中尚没有具体的抗连续倒塌设计措施,为了弥补这一不足,本文研究了钢框架结构的抗连续倒塌设计,采用的方法是拉结强度法。
　　本文首先采用显示动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA对一榀六层三跨钢框架结构按照美国GSA2003规范进行了连续倒塌仿真,验证了仿真手段的可行性,而后对结构使用拉结强度法进行拉结设计,仿真结果显示该方法是有效的。本文对一栋六层六跨钢框架结构进行连续倒塌仿真,发现它不能满足抗连续倒塌要求,其中内柱的失效带来的后果最为严重。本文采用中心支撑拉结法分别针对内柱、边柱、角柱失效工况,按照隔跨交错布置和满跨布置对结构进行拉结强度设计,仿真结果显示中心支撑拉结法对所有失效工况有效。考虑到拉结设计的安全性、节约性和尽量增大结构有效使用空间要求,本文建议优先采用人字或者V字支撑拉结强度法抵御连续倒塌。本文最后提出了抗连续倒塌的设计步骤。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 钢结构连续倒塌研究现状

1.3 本文的研究内容

2 平面钢框架结构连续倒塌仿真

2.1 ANSYS/LS-DYNA软件简介

2.2 连续倒塌仿真

2.3 移除首层边柱仿真

2.4 拉结强度法的应用

2.5 本章小结

3 空间钢框架结构连续倒塌仿真

3.1 模型的建立

3.2 工况设置

3.3 连续倒塌仿真

3.4 本章小结

4 中心拉结强度设计法

4.1 支撑结构简介

4.2 拉结强度设计法原理

4.3 内柱失效工况下拉结设计

4.4 抗边柱失效拉结设计

4.5 角柱失效工况下拉结设计

4.6 工况6和工况8下的拉结设计

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

致谢

参考文献