连续倒塌中钢框架参数分析与钢混楼板碰撞仿真分析

论文摘要

建筑结构的连续倒塌在911事件后逐渐引起工程界的广泛关注,许多重大型项目也已经开始把结构的抗连续倒塌作为一个独立的项目进行设计验算。抗连续倒塌问题近年来在欧美、日本等国家的工程界展开了深入研究,并已颁布了相关的设计规范与准则,如美国的GSA与英国的DoD,而我国在这一领域虽然也开展了一些研究工作,但仍然没有出台相应的规范,从而限制了抗连续倒塌设计在工程中的广泛应用。本课题研究的目的和意义在于通过对钢框架结构和钢筋混凝土楼板倒塌破坏全过程在定性了解的基础上进行定量分析计算,从而揭示在极端条件下结构倒塌破坏机理,对结构抗突变事件能力进行评估,达到最终方便工程实践应用,对结构连续倒塌进行可靠预测和控制的目的。本课题分为三部分,主要研究了钢框架和钢混楼板的抗连续倒塌特性:（1）利用有限元程序ANSYS,对某一钢框架的公寓住宅进行了抗连续倒塌的力学分析,并根据计算结果进行了参数讨论。首次在分析结构连续倒塌时引入了半刚性连接节点的思想,通过对梁柱半刚性连接节点的力学分析,研究了钢框架结构抗连续倒塌的机理;同时,采用分离节点法建立梁柱模型,耦合节点自由度以及在梁柱节点间加入弹簧单元COMBIN39等建模技巧实现了半刚性连接节点的有限元模拟,并分析了节点连接刚度系数a与结构抗震的关系;（2）研究了三类柱子失效带来的结构响应,通过对半刚性连接节点的参数调整,量化了钢框架结构抗连续倒塌能力与节点连接刚度系数a的关系,为在考虑连续倒塌情形下钢框架结构的节点设计提出了一些有用的建议;（3）利用有限元程序LS-DYNA对钢筋混凝土楼板进行了抗连续倒塌的碰撞仿真分析,通过模拟计算总结了其抗连续倒塌能力与楼板各项参数（板厚、配筋率、钢筋间距）之间的关系,为钢筋混凝土楼板在考虑连续倒塌时的参数设计提出了一些有用的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 连续倒塌的定义
• 1.1.2 连续倒塌的分类
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外关于连续倒塌的研究现状
• 1.3.2 国内关于连续倒塌的研究现状
• 1.3.3 结构抗连续倒塌在研究中需要解决的问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 多层钢框架抗连续倒塌的初步分析
• 2.1 引言
• 2.2 半刚性连接节点简介
• 2.3 结构的有限元分析方法
• 2.3.1 有限元程序ANSYS 简介
• 2.3.2 非线性问题的求解
• 2.3.3 单元类型
• 2.4 结构有限元模型的建立
• 2.4.1 结构布置
• 2.4.2 有限元建模技巧
• 2.5 结构抗连续倒塌的初步分析
• 2.5.1 国外连续倒塌的分析方法
• 2.5.2 模型抗震分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 考虑半刚性连接节点的钢框架连续倒塌分析
• 3.1 引言
• 3.2 本章研究思路
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 角柱失效
• 3.3.2 边柱失效
• 3.3.3 中柱失效
• 3.4 本章小结
• 第4章 钢筋混凝土楼板抗连续倒塌的有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 结构接触碰撞的有限元分析
• 4.2.1 有限元程序LS-DYNA 简介
• 4.2.2 碰撞问题的求解
• 4.2.3 材料类型
• 4.3 结构模型的建立
• 4.4 钢混楼板抗连续倒塌的初步分析
• 4.4.1 学术界应用LS-DYNA 进行连续倒塌研究的概述
• 4.4.2 本章的研究思路
• 4.5 计算结果与分析
• 4.5.1 钢筋间距s=60mm 时的计算结果分析
• 4.5.2 钢筋间距s=120mm 时的计算结果分析
• 4.5.3 钢筋间距s=180mm 时的计算结果分析
• 4.6 临界配筋率与板厚的关系
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢