钢框架结构连续倒塌的数值分析

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1、东南大学硕士学位论文钢框架结构连续倒塌的数值分析姓名：张源申请学位级别：硕士专业：土木工程；结构工程指导教师：吕令毅20110603捅要论文题名：钢框架结构连续倒塌的数值分析硕士研究生：张源导师：吕令毅教授／博导学校：东南大学随着我国建设项目越来越多，一些地位重要、安全等级要求高或者比较容易受到恐怖袭击的建筑结构抗连续倒塌问题显得尤为突出，设计者有必要系统的把握结构抗连续倒塌设计理论与方法。结构抗连续倒塌设计在欧美等发达国家已得到了广泛应用，并且有相应的规范指南。我国目前有关建筑结构抗连续倒塌的研究也是热点，在最近新一轮的规范修订中新增了建筑结构抗连续倒塌设计的内

2、容。之后本文总结了国内外规范推荐使用的各种设计方法。框架结构在关键构件破坏后连续倒塌现象非常突出，认识其在关键构件破坏后的内力重分布路径，把握了解厂房的破坏原理和倒塌机制，识别不同构件破坏后厂房的倒塌敏感性，可以为结构加固、减轻连续倒塌危害提供理论依据。本文采用美国GSA规范推荐的替代荷载路径法，对三门核电主厂房底层柱破坏后的抗连续倒塌性能进行了数值分析，该方法主要包括线性静力、非线性静力、非线性动力三种分析。由分析结果可知，框架柱的破坏对该柱所在的横向和纵向框架影响最大，对相邻各榀框架的影响十分有限；柱失效所导致的荷载重分布主要由与其直接相连的梁及相邻的柱所承担

3、，在失效柱处的竖向变形很大，而且跨度越大的地方数值也越大。最后，分析结果表明三门核电主厂房能够满足抗连续倒塌设计的要求。在日本9．0级特大地震后，对三门核电主厂房这类重要设施进行强震作用下的倒塌分析就显得十分重要。当建筑结构遭受强震作用时，应保持足够的承载能力，不致完全倒塌对生命财产造成威胁。本文运用LS．DYNA软件对三门核电主厂房在强震作用下，从结构的构件失效破坏产生、发展直至倒塌的全过程进行模拟，重点在于了解结构的薄弱处及其震害机理。由分析结果可知，在纵、横两向强震作用下三门核电主厂房有较合理的倒塌模式，首先厂房的支撑逐个失效，之后在失去支撑没有足够抗侧刚度

4、情况下，厂房底层框架柱无法承受强震作用，塑性变形过大，最后厂房呈现侧向的整体倒塌。在认识钢框架结构连续倒塌机理的基础上，本文还讨论了增强钢结构抗连续倒塌性能的措施及其适用性。通过一个算例表明在二层和顶层设置水平支撑能显著减小结构局部承重构件破坏后的竖向变形，从而有效提高结构的抗连续倒塌能力。关键词：钢框架结构，连续倒塌，数值分析，替代荷载路径法ABSTRACTTitle：NumericalStudyonProgressiveCollapseofSteelFrameStructuresNameofGraduate：ZHANGYuanNameoftheSupervis

5、or：Prof．LULing-yiNameofUniversity：SoutheastUniversityAsconstructionprojectsinourcountryaleincreasing,thestructuralprogressivecollapseanalysisforbuildingswhichsafetylevelarehi。ghorvulnerabletoterroristattacksseemparticularlyimportant，itisnecessaryfordesignertograspthedesigntheoryandmet

6、hod．ThedesignforresistingstructuralprogressivecollapseinEuropeandAmericahasbeenextensivelyapplied，andhasreleasedthecorrespondingcodeandguidelines，atpresentnewcoderevisioninourcountryaddscontentaboutresistanceofbuildingprogressivecollapse．Thispapersummarizesthevariousdesignmethodrecomm

7、endedindomesticandinternationalcode．Damagecausedbyprogressivecollapseofkeycomponentsinframestructureisverycommon,thereforeitismeaningfultounderstandingtheredistributionoftheinternalforceundergravityafterdamage，graspingthedamagetheoryandcollapsedmechanismofpowerplant．AlloftheseCanprovi

8、dethe