论文摘要
重要的工程结构，例如地区标志性建筑和核设施，如果遭到恐怖袭击等突发事故作用后发生破坏，不仅会造成生命财产的重大损失，甚至还会有深远的政治影响。尤其是2001年美国纽约世贸双子大楼遭到恐怖袭击以来，重要工程结构的倒塌研究日益引起人们的关注。在结构的诸多倒塌破坏形式中，连续性的倒塌是一种特殊的破坏形态，即结构由于局部小的损伤或者某些构件的缺失及传力路径的中断，引起了结构不成比例的大范围倒塌甚至整体失去承载能力。实际上，造成连续性倒塌的突发事故既可是自然界中的突发地震也可是人为蓄意攻击（如爆炸），本文以这两种极端荷载下结构的破坏分析为基础，从倒塌破坏的数值模拟技术、连续性倒塌的简化分析方法、结构鲁棒性的定量评价及增强措施方面做了下列研究：（1）在强地震作用下，为了更准确的模拟结构的损伤演化，通过试验确定了混凝土材料的初始损伤，修正了塑性损伤模型，对大体积混凝土结构在强震下的动力反应进行了研究，真实的再现了损伤的过程，证实了采用连续介质假定分析结构破坏过程的可行性。针对倒塌过程中的刚体位移问题，以Arifiye桥的倒塌为背景，研究了其在近表地裂工况下的落梁破坏过程，结果表明桥梁结构的整体性能够阻止结构的连续性倒塌破坏。（2）地震和爆炸虽均为突发事故，但地震对结构造成的破坏是从薄弱层开始的，而爆炸下结构的连续性倒塌一般是从关键构件开始的，因此，对结构在地面爆炸荷载下的响应特点进行了研究，结果表明结构的初始损伤具有瞬时性和局部性的特点，为倒塌分析中应用构件概念移除法的可行性提供了依据。以此为基础，提出了一种极端荷载下结构连续性倒塌的拉格朗日欧拉耦合计算模型，通过算例研究说明了其应用。（3）对地下爆炸，建立了基础-结构的有限元法和无网格法的耦合计算模型，通过与经验公式的比较，验证了方法的可行性，从而对地下爆炸荷载时结构的动力反应进行了研究。研究中，成功的模拟了介质的碎片飞溅，克服了传统的有限元方法由于网格的畸变引起的计算困难，并比较了地上爆炸和地下爆炸对结构损伤的不同之处，得到了结构振动环境的特点，为结构应对突发事故的分析提供了有用的数据。（4）在结构连续性倒塌的简化分析方面，根据结构的能量耗散能力，研究了引起结构出现一维垂直型连续性倒塌时初始局部破坏位置的特点，建立了结构单位高度能耗的估计方法。另外，针对底部全截面不对称的初始破坏，建立了整体倾覆型倒塌的欧拉动力学描述方程。最后，提出了梁悬链作用阶段的耗能估计方法，将高层建筑倒塌的能量判别准则与结构的非线性动力分析相结合，用于了结构连续性倒塌的近似估计。（5）在结构的鲁棒性定量评价方面，针对国际上关于结构抗连续性倒塌的应用研究，总结并推荐了一些考虑结构鲁棒性的方法和提高结构鲁棒性的定性措施，研究了局部破坏的速度和位置变化对结构动力性能的影响。基于结构对局部破坏的敏感性分析，提出了结构鲁棒性的定量评价指标，给出了一个定性定量结合的可操作的提高结构鲁棒性的框架。本文虽然是针对突发事故下结构的破坏及鲁棒性问题进行研究，但该研究成果不仅可以为设计人员对防止重要结构不可预见的意外破坏提供一个有用的方法，也可以为重要结构的健康监测系统中确定传感器的合理位置提供理论指导。
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标签：突发事故论文; 结构易损性论文; 鲁棒性论文; 连续性倒塌论文; 不成比例破坏论文; 能量耗散论文; 局部损伤论文; 非线性分析论文;