结构鲁棒性定量计算中的构件重要性系数

摘要

考虑结构的鲁棒性是保证结构安全、特别是应付突发事件的最重要措施之一。如何对结构的鲁棒性进行定量评价是目前结构工程界最具有挑战性的前沿问题之一。本文以移除所分析构件前后的结构承载力变化为着眼点，给出了一个结构鲁棒性评价中计算构件重要性系数的新方法。主要内容包括以下几个方面： （1）提出构件重要性系数的指标。综合考虑了结构的几何拓扑关系、构件的刚度和强度以及外荷载的影响；分析过程以比例加载至结构退化为机构为终止，在微观上显示失效构件影响剩余构件的作用，宏观上表现构件重要性与整个结构力学性能之间的关系。同时以摄动法建立将构件“概念移除”前后的结构刚度矩阵关系，避开重组刚度矩阵和对其求逆的复杂过程，从而简化运算。 （2）提出结构鲁棒性的初步改善措施。基于两种流行的改善方案，延性构件替换法和子结构替换法，着重从定量的角度，对其作用机理、影响程度和适用情况做了详细分析。同时分别通过构件影响力系数及子结构受损后的刚度退化等概念与计算，给出了构件延脆性属性在结构构件内力重分布中的不同作用以及局部破坏对子结构进而对整体结构的影响。 （3）以满应力设计下的平面桁架结构为例，计算各构件重要性系数，与已有构件重要性系数指标方法作比较，并对其进行初步改善，论证了理论分析的正确性和合理性。