结构抗连续倒塌设计理论与方法研究

论文摘要

结构的连续倒塌是由于在意外荷载作用下造成结构的局部破坏,并因此引发结构连锁反应导致破坏向失效构件邻近的结构其它部分扩散,最终使结构主体丧失承载力,造成结构的大范围坍塌。连续倒塌的原因可以归结为两类:第一类是由于地震作用下结构进入非弹性大变形,构件失稳,传力路径失效引起连续倒塌。第二类是由于撞击、爆炸、火灾、施工设计的失误或人为破坏等,造成部分承重构件的失效,阻断传力路径导致连续倒塌。结构一旦发生连续倒塌将造成重大的生命财产损失,因而如何尽量避免结构发生连续倒塌成为工程界日益关注的问题。欧美等国相继制定了连续倒塌相关设计规范,并已得到广泛的应用。本文对现有的结构连续倒塌规范设计分析方法进行总结和归纳,并指出其中存在的一些问题。同时以一个3层钢筋混凝土框架结构模型为对象,进行多重荷载路径法动力分析和抗连续倒塌动力弹塑性时程分析,具体研究分析如下的内容:(1)进行多重荷载路径法动力分析,在结构遭受意外荷载作用局部构件失效之前,结构处于初始的平衡状态。在任一平衡状态,结构处于存在着一定的变形、内力和刚度的状态条件中,在受到荷载或者边界条件的变化的作用下,结构从它的初始平衡状态条件发生变化。本文中将探讨初始态的影响及构件失效引起的动力响应,研究构件失效时间对动力响应的影响,并对线性动力分析与非线性动力分析进行比较。(2)运用ABAQUS动力显示分析对钢筋混凝土框架模型在爆炸荷载作用下进行结构抗连续倒塌动力弹塑性时程分析,考虑材料的动力特性研究其在爆炸荷载作用下变形、应力、损伤形态和构件失效的机理等。本文在分析中给出了一些主要结论,然后总结了结构防止发生连续倒塌的措施,并对本课题将要进行的工作作出了进一步的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的背景及意义
• 1.2 国内外结构抗连续倒塌研究现状
• 1.2.1 国外抗连续倒塌研究现状
• 1.2.2 国内抗连续倒塌研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 结构抗连续倒塌设计分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 国外主要的抗连续倒塌设计规范
• 2.2.1 英国规范规程
• 2.2.2 欧洲Eurocode1
• 2.2.3 美国GSA设计准则
• 2.2.4 美国ASCE7-02 设计准则
• 2.2.5 美国UFC设计准则
• 2.2.6 我国相关规范规程
• 2.3 主要设计分析方法
• 2.3.1 概念设计
• 2.3.2 拉结强度法
• 2.3.3 多重荷载路径法
• 2.3.4 关键构件法
• 2.4 存在的问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 多重荷载路径法动力分析
• 3.1 引言
• 3.2 计算与分析
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 构件失效引起的动力响应
• 3.2.3 构件失效时间的研究
• 3.2.4 线性与非线性动力分析比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 抗连续倒塌动力弹塑性时程分析法
• 4.1 引言
• 4.2 动力弹塑性时程分析法
• 4.3 ABAQUS在动力弹塑性计算中的应用
• 4.4 爆炸荷载作用下结构抗连续倒塌动力弹塑性计算分析
• 4.4.1 在ABAQUS中建立结构几何模型并进行网格划分
• 4.4.2 材料模型
• 4.4.3 输入荷载时程及确定边界条件
• 4.4.4 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 防止结构发生连续倒塌的措施
• 5.1 引言
• 5.2 防止结构产生局部破坏
• 5.2.1 降低偶然事件发生的概率
• 5.2.2 消除偶然事件下引发结构局部破坏的诱因
• 5.3 防止结构发生连续性倒塌
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢