钢框架连续倒塌动力效应及约束钢梁悬链线效应研究

论文摘要

在恐怖分子频频袭击某些国家重要建筑物的情况下,如何对结构进行合理的设计,提高建筑物抗连续性倒塌的能力,已经成为当前反恐研究中的重要课题。本文对钢结构在柱失效后连续倒塌过程中的动力效应、约束钢梁悬链线效应以及典型节点的延性进行了研究,具体进行了以下几个方面的工作：(1)对柱失效后结构连续倒塌过程动力效应进行了研究。分析了结构层数、跨数、高宽比、柱失效位置、节点转动刚度等参数和空间效应对动力效应的影响规律,为抗连续倒塌设计提供参考。(2)建立了约束钢梁有限元模型,研究了约束钢梁在冲击荷载作用下悬链线效应的形成过程、受力机理及破坏形态,对结构跨度、梁截面尺寸及约束条件等参数对约束钢梁悬链线效应的影响进行了分析。(3)对采用典型钢结构连接节点约束钢梁冲击荷载下悬链线效应进行了分析,并比较了采用不同连接方式约束钢梁的承载能力和延性。分析的连接节点包括狗骨式连接节点、端板螺栓节点和T型钢连接节点。(4)针对端板螺栓节点提出了焊接加固法和侧板加固法两种加固方案。对两种加固方法的机理进行了分析并采用有限元方法验证其可行性。(5)采用延性系数对不同连接方式约束钢梁的延性进行了评估。提出了节点延性系数的概念,用于评估柱失效后连续倒塌悬链线形成过程中节点的延性,为抗连续倒塌设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 爆炸荷载及其对结构的作用特点
• 1.2.1 爆炸荷载的特点
• 1.2.2 爆炸荷载对结构的作用特点
• 1.3 典型倒塌事故及原因分析
• 1.3.1 英国伦敦Ronan Point公寓倒塌事故
• 1.3.2 美国俄克拉荷马州Alfred P.Murrah大楼倒塌事件
• 1.3.3 美国世贸大楼倒塌事件
• 1.4 抗倒塌设计规范
• 1.4.1 British Standard
• 1.4.2 Eurocode 1
• 1.4.3 GSA 2003
• 1.4.4 DoD 2005
• 1.5 相关课题研究现状
• 1.5.1 金属材料动态力学性能研究
• 1.5.2 钢结构连续倒塌研究现状
• 1.6 本课题研究的意义及来源
• 1.7 本文主要研究内容
• 第2章 钢框架连续倒塌动力效应
• 2.1 概述
• 2.2 平面框架
• 2.2.1 模型介绍
• 2.2.2 分析方法及参数
• 2.2.3 分析结果
• 2.3 空间框架
• 2.3.1 分析对象
• 2.3.2 分析方法及参数
• 2.3.3 分析结果
• 2.4 小节
• 第3章 约束钢梁均布冲击荷载下悬链线效应研究
• 3.1 分析对象与分析方法
• 3.2 有限元模型建立
• 3.3 模型验证
• 3.3.1 钢梁静力均布荷载下性能分析
• 3.3.2 端板螺栓连接节点静力分析
• 3.3.3 钢柱爆炸冲击动力分析
• 3.4 约束钢梁悬链线效应分析
• 3.5 参数分析
• 3.5.1 跨度
• 3.5.2 截面尺寸
• 3.5.3 约束条件
• 3.6 本章小结
• 第4章 采用典型连接节点约束钢梁悬链线效应研究
• 4.1 概述
• 4.2 分析对象
• 4.2.1 狗骨式连接节点
• 4.2.2 端板螺栓连接节点
• 4.2.3 T型钢连接节点
• 4.3 有限元模型
• 4.3.1 材料模型
• 4.3.2 接触模型
• 4.3.3 单元选取及网格划分
• 4.4 典型节点抗倒塌延性研究
• 4.4.1 RBS节点
• 4.4.2 端板螺栓连接节点
• 4.4.3 T型钢连接节点
• 4.4.4 结构抗倒塌性能
• 4.5 节点加固
• 4.5.1 焊接加固法
• 4.5.2 侧板加固法
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录