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作者：潘楚云大连理工大学

学位级别：硕士

历史资料表明,一次地震过后往往会伴随余震的发生,对于建筑而言,在主震作用下已经产生塑性变形的构件如果再次经历余震的作用,由于损伤累积使得建筑倒塌的可能性会大幅提高。因此在对结构进行抗震性能研究时,考虑余震作用下结构的倒塌... 详细信息

历史资料表明,一次地震过后往往会伴随余震的发生,对于建筑而言,在主震作用下已经产生塑性变形的构件如果再次经历余震的作用,由于损伤累积使得建筑倒塌的可能性会大幅提高。因此在对结构进行抗震性能研究时,考虑余震作用下结构的倒塌性能具有重要的现实意义。传统的抗震设计理念以保护生命为首要目标,通过对结构进行延性设计以避免其在地震作用下发生脆性破坏,这类设计虽然为逃生提供了可能,减少了一定的地震损失,但由于构件很可能由于已经发生损伤或产生残余变形,修复需要付出极大的代价而只能将结构重建。衡量建筑震后恢复主要通过建筑的抗震韧性评估,它可以判断建筑在震后的修复费用、修复时间和人员伤亡情况,性能指标更便于决策者理解,具有重要的指导意义。本文提出基于最大和残余层间位移角相关性的双指标结构主余震IDA方法,并与单指标IDA方法的计算结果进行对比,探讨双指标模型对结构易损性分析的影响。在SAP2000中建立钢结构模型,分别进行单指标和双指标的增量动力分析,计算两个指标在固定地震动强度下的联合分布概率,并比较在结构经历主震与主余震作用下使用单指标和双指标IDA方法分析结果的不同。并对该结构进行主震以及主余震作用下的抗震韧性评估及对比。主要研究工作如下:(1)介绍抗震韧性分析的评估指标,阐述现阶段主要使用的四种抗震韧性评估方法,并对四种方法进行了比较,详细介绍了本文使用的FEMA P-58方法的评估流程,为后续对结构进行抗震韧性评估奠定基础。(2)介绍增量动力分析的基本原理和步骤,提出一种基于最大和残余层间位移角相关性的双指标结构主余震IDA方法,并与单指标IDA方法的计算结果进行对比,在SAP2000中建立一商业大楼模型,分别进行单指标和双指标的增量动力分析,计算两个指标在固定地震动强度下的联合分布情况,并比较在结构经历主震与主余震作用下使用单指标和双指标IDA方法分析结果的不同。(3)介绍了易损性分析的基本原理和步骤,并分别计算单指标IDA下结构的超越概率以及双指标IDA下的超越概率,其中双指标模型任意指标超限都定义为结构超限,由此探讨双指标模型对结构易损性分析的影响,并进行主震与主余震作用下的对比分析(4)基于FEMA P-58评估方法,在PACT软件中建立钢框架结构在主震作用下以及主余震作用下的结构性能模型,确定结构的易损性组和性能组,并对该结构进行基于强度的抗震韧性评估,获得结构在常遇地震、基本地震、罕遇地震以及极罕遇地震作用下的修复费用、修复时间和人员伤亡情况,并进行主震以及主余震作用下的对比。

关键词：抗震韧性评估 IDA方法联合指标易损性分析 FEMA P-58

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无控和有控钢框架结构的抗震韧性对比研究

无控和有控钢框架结构的抗震韧性对比研究

作者：张东旭大连理工大学

学位级别：硕士

地震灾害会导致大量的人员伤亡,且灾后建筑重建费用高昂。建筑韧性是指建筑遭遇地震或者其他灾害后快速修复或恢复其本来功能的能力,对建筑进行抗震韧性评估可以判断建筑在震后的修复费用、修复时间和人员伤亡情况,性能指标更便于决策... 详细信息

地震灾害会导致大量的人员伤亡,且灾后建筑重建费用高昂。建筑韧性是指建筑遭遇地震或者其他灾害后快速修复或恢复其本来功能的能力,对建筑进行抗震韧性评估可以判断建筑在震后的修复费用、修复时间和人员伤亡情况,性能指标更便于决策者理解,具有重要的指导意义。减震技术和隔震技术通过附加减震、隔震装置等方法可以有效地减少结构在地震作用下的损伤,提高结构的抗震韧性。目前,学者们研究开发出不同种类的新型减震、隔震装置,但对于减震结构和隔震结构间的韧性对比方面研究较少。本文以没采用减、隔震技术的无控结构为基础,附加防屈曲支撑、铅芯橡胶隔震支座后形成减震、隔震两种有控结构,对无控结构和两种有控结构分别进行增量动力分析、易损性分析、抗震韧性分析及对比,主要研究内容如下:（1）介绍抗震韧性分析的评估指标,阐述现阶段抗震韧性分析的评估方法以及FEMA P-58方法的评估流程。以纯钢框架模型为基础,设计了减震和隔震钢框架两种有控结构,对比三种结构在多遇、基本、罕遇、极罕遇四种地震强度下的抗震性能。研究表明,相较于无控结构,减震结构层间位移角减小,层间加速度无明显变化,隔震结构层间位移角和加速度均大幅度降低。（2）总结增量动力分析和易损性分析的原理和步骤,对无控结构和两种有控结构分别进行增量动力分析和易损性分析,对比了不同地震动强度指标对增量动力分析结果的影响,研究了结构在地震作用下的抗倒塌性能。结果表明,不同结构的增量动力分析选用地震动峰值加速度作为地震动强度指标更合理,隔震钢框架抗倒塌性能最好、减震钢框架次之,均优于纯钢框架。（3）基于FEMA P-58评估方法,建立无控结构和有控结构的建筑性能模型,确定构件易损性组和性能组,对无控结构和有控结构进行四种地震动强度下的抗震韧性评估,对比三种结构的修复费用,修复时间和人员伤亡情况。分析结果表明,减震和隔震钢框架降低了修复时间和人员伤亡指标,隔震钢框架表现更好;减震装置和隔震装置提升了建筑成本,减震钢框架修复费用没有明显降低,隔震钢框架抗震性能良好,修复费用显著减少。

关键词：抗震韧性有控结构增量动力分析易损性分析抗震性能评估

新型铝合金双核心装配式屈曲约束支撑的抗震性能研究

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新型铝合金双核心装配式屈曲约束支撑的抗震性能研究

作者：王港大连理工大学

学位级别：硕士

强烈地震作用下,质量轻、柔性大、阻尼小的大跨空间结构容易发生整体或局部倒塌等灾难性破坏。基于消能减震的思想,屈曲约束支撑逐渐发展为大跨空间结构减震控制的必要手段之一。本文通过对全钢型支撑进行改进,设计并提出了一种以低屈... 详细信息

强烈地震作用下,质量轻、柔性大、阻尼小的大跨空间结构容易发生整体或局部倒塌等灾难性破坏。基于消能减震的思想,屈曲约束支撑逐渐发展为大跨空间结构减震控制的必要手段之一。本文通过对全钢型支撑进行改进,设计并提出了一种以低屈服点铝合金作为耗能材料的新型铝合金双核心装配式屈曲约束支撑,并对新型支撑进行了试验研究和有限元分析,验证了采用新型支撑作为单层球面网壳的消能减震技术的有效性。本文的主要工作可概括为以下五方面:(1)通过对A5083-H111铝合金骨型试件进行单调加载和在23种不同加载制度下的循环加载试验,分析了该材料的单调性能、滞回性能和破坏特征等,为A5083-H111铝材在循环荷载作用下的本构关系研究提供了试验基础(第2章)。(2)根据材料试验数据标定了A5083-H111铝材的混合强化本构参数,并使用ABAQUS软件对强化参数进行验证,为该材料在构件及结构上的应用及在地震作用下的响应分析提供了基础(第3章)。(3)设计并提出一种以A5083-H111铝材为核心单元的新型屈曲约束支撑,并对此类支撑试件进行拟静力低周往复加载试验,研究了不同因素(核心单元开孔情况、核心单元与约束单元之间的摩擦有无及间隙大小)对支撑试件的疲劳寿命、滞回曲线、破坏形态及具体力学性能参数的影响,为新型屈曲约束支撑的研发和工程应用提供了理论依据和创新思路(第4章)。(4)基于ABAQUS有限元软件对新型屈曲约束支撑进行精细化建模分析,并将设置不同摩擦系数的有限元模型计算得到的滞回曲线与试验结果进行对比,确定了较为合理的接触作用,在此基础上对核心单元和约束单元的内力及变形特征等有限元结果进行分析(第5章)。(5)以单层球面网壳为研究对象,将新型屈曲约束支撑替换部分原结构杆件,采用SPA2000对有控和无控结构进行地震时程分析,对支撑的减震效果进行评估,为新型支撑的工程应用及网壳结构的消能减震提供参考(第6章)。

关键词：新型铝合金双核心装配式屈曲约束支撑疲劳寿命滞回曲线地震时程分析

基于向量式有限元的防屈曲支撑钢框架倒塌性能研究

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基于向量式有限元的防屈曲支撑钢框架倒塌性能研究

作者：薛晓爽大连理工大学

学位级别：硕士

传统的建筑结构通过增加构件截面面积提高结构刚度,这种方式虽然提高了结构的抗连续倒塌和抗地震倒塌性能,但增加了结构的建筑成本,降低了结构的性价比。防屈曲支撑作为一种承载力耗能构件,具有安装简便、便于替换、减震效果出色等优点... 详细信息

传统的建筑结构通过增加构件截面面积提高结构刚度,这种方式虽然提高了结构的抗连续倒塌和抗地震倒塌性能,但增加了结构的建筑成本,降低了结构的性价比。防屈曲支撑作为一种承载力耗能构件,具有安装简便、便于替换、减震效果出色等优点,广泛应用于建筑工程中。目前,国内外学者对防屈曲支撑技术的研究已较为成熟,但对布置防屈曲支撑的框架结构抗连续倒塌和地震倒塌性能的研究较少。向量式有限元法目前多用于处理结构大变形问题,被离散的质点可以通过其运动方程描述结构的运动行为,计算过程中无需集成结构刚度矩阵。鉴于向量式有限元法的独特优势,本文基于向量式有限元理论通过瞬时卸载法研究结构的竖向连续倒塌问题,采用增量动力分析法研究结构的侧向地震倒塌问题,分析了防屈曲支撑对结构抗连续倒塌及地震倒塌性能的影响,并对两种倒塌过程进行模拟。主要研究内容如下:（1）介绍向量式有限元法的基本概念和分析方法,建立基于向量式有限元理论的防屈曲支撑单元和附加防屈曲支撑的钢框架模型,提出相应的分析方法;分析地震荷载作用下附加防屈曲支撑的钢框架结构的非线性反应,并将向量式有限元的数值模拟结果与SAP2000软件的模拟结果进行对比,验证程序的正确性。（2）建立六层四跨钢框架模型,采用考虑初始变形的等效瞬时卸载法对结构进行底层构件失效的竖向连续倒塌分析,研究底层柱失效位置、防屈曲支撑位置、防屈曲支撑刚度对剩余结构在竖向均布荷载作用下动力响应的影响,并依据结构的抗竖向连续倒塌性能和使用经济性,分析防屈曲支撑框架结构的适宜抗侧刚度比。（3）基于增量动力分析法对求出的适宜抗侧刚度比框架进行动力非线性分析,分析防屈曲支撑对结构抗地震倒塌性能的影响,并分析防屈曲支撑钢框架在不同损伤状态下的地震易损性;（4）建立梁单元、柱单元以及防屈曲支撑单元的断裂准则和断裂模式,基于向量式有限元分别对底层两根柱失效和受水平地震荷载作用时有无布置防屈曲支撑的钢框架结构进行断裂倒塌过程模拟,分析防屈曲支撑对框架结构断裂倒塌的影响。

关键词：防屈曲支撑向量式有限元瞬时卸载法增量动力分析法动力非线性分析

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基于层间塑性耗能指标的地震易损性分析

基于层间塑性耗能指标的地震易损性分析

作者：束忠文大连理工大学

学位级别：硕士

地震易损性分析是地震灾害风险分析的三大重要组成部分之一,也是结构损伤分析的主要构成部分,能预测工程结构在不同强度的地震作用下发生的不同损坏程度的条件概率,并以易损性曲线表示。对结构进行易损性分析不仅可以为提高建筑结构的... 详细信息

地震易损性分析是地震灾害风险分析的三大重要组成部分之一,也是结构损伤分析的主要构成部分,能预测工程结构在不同强度的地震作用下发生的不同损坏程度的条件概率,并以易损性曲线表示。对结构进行易损性分析不仅可以为提高建筑结构的抗震能力、减少损失提供有效途径,也可以为防灾减灾、加固和维修措施提供依据。目前,地震易损性分析方法主要有经验法和理论分析方法,由于经验法的局限性且获取不易,理论分析法成为多数研究学者的热点方向。对于理论分析方法,有两个重要的决定性因素,即非线性分析方法和易损性损伤指标。相对于其他的易损性分析方法,本文对两方面因素均做了新的尝试。非线性分析方法采用拟力法——一种变位移的计算分析法,运算过程中使用不变的初始刚度矩阵,计算量及速度优于其他非线性分析方法,且可得到较高的数值精度。对于易损性损伤指标,本文依据拟力法提出层间塑性耗能指标,更加突显结构的塑性特征,并为能量指标的拓展提供了新思路。基于以上两个因素,本文对钢结构及附加粘滞阻尼器的消能减震结构分别进行地震易损性分析,其主要研究内容如下：(1)介绍了拟力法的核心思想,基本公式及能量方程的推导,并对拟力法中刚度矩阵关系进行了全面验算。采用合理的塑性转动铰的可能位置布置方案,对附加粘滞阻尼器的消能减震结构进行了非线性分析,拓展了拟力法在非线性时程分析领域的应用。(2)基于拟力法的能量分析理论,提出一种新的损伤指标——层间塑性耗能指标,建立了该指标的计算公式,并对其中的权重系数进行了讨论分析。针对目前应用较广泛的层间位移角指标,将基于该指标与层间塑性耗能指标的损伤分析进行对比研究,数值分析结果表明了层间塑性耗能指标的有效性及合理性。在此基础上,提出了基于层间塑性耗能指标的消能减震结构损伤分析方法。(3)基于拟力法基本原理及本文提出的层间塑性耗能指标,结合地震易损性分析理论,对钢框架结构进行了地震易损性分析,得到四种损伤状况下的地震易损性曲线。然后,基于层间位移角指标,对相同的结构进行了地震易损性分析,对比分析两种不同损伤指标下地震易损性曲线的差异,验证了基于层间塑性耗能的地震易损性分析的合理性。最后,基于层间塑性耗能指标,对附加了粘滞阻尼器的消能减震结构进行地震易损性分析,拓展了拟力法及层间塑性耗能指标在地震易损性分析中的应用。

关键词：地震易损性分析拟力法层间塑性耗能层间位移角粘滞阻尼器

基于IRS动力缩聚方法改进的拟力法的理论研究

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基于IRS动力缩聚方法改进的拟力法的理论研究

作者：梅莉莉大连理工大学

学位级别：硕士

建筑结构的日益复杂化,使得结构分析成本也随之增高,在结构分析研究中亟需一种能够简化结构,应用可靠,又能节约成本的分析方法。拟力法是一种高效的非线性时程分析方法,适用于应变硬化材料、应变软化材料以及弹塑性材料,结合状态空间函... 详细信息

建筑结构的日益复杂化,使得结构分析成本也随之增高,在结构分析研究中亟需一种能够简化结构,应用可靠,又能节约成本的分析方法。拟力法是一种高效的非线性时程分析方法,适用于应变硬化材料、应变软化材料以及弹塑性材料,结合状态空间函数进行结构的动力响应求解,可以提高计算效率。目前,针对拟力法的相关研究和应用大都基于静力缩聚的方法。静力缩聚方法基本思路是忽略副坐标上的惯性力,由动力平衡方程推导主、副自由度上位移关系,并以此对系统矩阵进行缩聚,达到降阶的目的。但是该方法求解动态问题的略高阶振型和频率时,计算误差相对较大。IRS (Improved reduced system,改进的减缩系统法)动力缩聚方法是基于静力缩聚并计入惯性效应的缩聚方法,不仅能有效地缩减动力模型,还具有降阶精度高等特点。本文采用IRS动力缩聚方法改进拟力法,推导出基于IRS方法的拟力法理论公式,考虑了结构的动力特性,运用改进的拟力法对结构进行非线性时程分析,进一步完善了拟力法的基本理论。基于现有的拟力法理论的研究成果,本文进行了修正和改进,具体包括以下内容：(1)回顾了拟力法的国内外研究概况,介绍阐述了拟力法基本理论;总结并比较现阶段常用的动力缩聚理论及研究概况,阐述了公式的推导过程、应用范围和各自的优缺点,详述IRS动力缩聚方法理论的推导过程。(2)提出应用IRS动力缩聚方法改进拟力法的思路,推导基于IRS动力缩聚方法的拟力法理论公式、能量方程以及结构非线性分析状态空间方程。利用MATLAB数值分析工具,编译改进的拟力法分析程序,实现钢框架结构的非线性时程分析。(3)建立钢结构分析模型,应用本文改进的拟力法对结构在地震作用下的响应进行非线性时程分析;与基于静力缩聚的拟力法的计算结果对比分析,验证了运用IRS动力缩聚改进的拟力法进行钢框架非线性分析的可行性与准确性。

关键词：拟力法 IRS动力缩聚静力缩聚钢框架结构非线性时程分析

基于向量式有限元的多层钢框架竖向连续倒塌行为研究

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基于向量式有限元的多层钢框架竖向连续倒塌行为研究

作者：胡强大连理工大学

学位级别：硕士

建筑结构的连续倒塌是国内外学者和工程师讨论的热点,涉及连续介质力学和非连续介质力学两大学科,以及材料、几何和接触非线性,是一个从连续体变为非连续体的动力过程。现有的显式有限元方法、隐式有限元方法和离散单元法等数值方法在... 详细信息

建筑结构的连续倒塌是国内外学者和工程师讨论的热点,涉及连续介质力学和非连续介质力学两大学科,以及材料、几何和接触非线性,是一个从连续体变为非连续体的动力过程。现有的显式有限元方法、隐式有限元方法和离散单元法等数值方法在分析结构连续倒塌行为、模拟结构连续倒塌过程时仍存在一定的局限。向量式有限元以向量力学和点值描述为基础,是一种崭新的数值分析方法。该方法求解大变形、大位移、断裂、碰撞等结构非线性不连续问题以及机构动力预测等问题时具有一定优势。根据连续倒塌问题的难点和向量式有限元的优点,本文进一步提出了将向量式有限元用于钢框架结构连续倒塌行为研究,为深入认识结构连续倒塌模式和破坏机理提供了新的思路和方法。本文以向量式有限元为工具,结合连续倒塌研究的经典方法和思路,分别从抗力形成机制、动力非线性分析和构件断裂数值模拟三个方面,研究平面钢框架和空间钢框架的连续倒塌破坏行为。主要研究工作如下:(1)对比显式有限元、隐式有限元和离散单元法等常用数值方法在研究结构连续倒塌时遇到的力学计算难点,并介绍向量式有限元的特点,指出运用向量式有限元研究结构连续倒塌行为的优势。系统地阐述了向量式有限元的基本理论,推导了能量计算公式,通过能量守恒验证了本文提出的应变能计算方法的正确性。(2)首次将向量式有限元应用到连续倒塌Pushdown分析,考虑了Pushdown分析大转动和弹塑性、结构和机构转化等复杂问题,得到了梁轴力和弯矩的变化规律、荷载系数-竖向位移曲线和应变能分布规律曲线,研究了悬链线和梁铰两种抗力机制的形成机理和演化过程。(3)通过向量式有限元实现了瞬时加载法,并用该方法拆除底层构件,分析拆柱前后剩余结构的位移、轴力、弯矩和应变能变化量,同时提出了内力变化量指标和应变能变化量指标,研究了剩余结构不平衡荷载动力效应的影响区域和内力重分布规律,讨论了上部楼层柱失效时的动力响应。(4)根据向量式有限元基本理论建立平面钢框架和空间钢框架分析模型,给出构件失效的断裂准则和模式,编制了模拟连续倒塌过程中构件断裂的MATLAB程序,对剩余结构的倒塌行为进行全过程追踪和预测,深入研究了结构的连续倒塌损坏过程。

关键词：向量式有限元连续倒塌 Pushdown分析瞬时加载法钢框架

设置粘滞阻尼器的钢框架结构竖向连续倒塌分析

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设置粘滞阻尼器的钢框架结构竖向连续倒塌分析

作者：宋全宝大连理工大学

学位级别：硕士

建筑结构的连续倒塌过程涉及大变形、大转动及弹塑性等复杂非线性力学行为,故所采用的分析程序应能够瞬时改变结构的刚度矩阵和几何形状,现有的有限元方法在处理结构断裂倒塌问题时存在一定的局限;向量式有限元是以向量力学和数值计算... 详细信息

建筑结构的连续倒塌过程涉及大变形、大转动及弹塑性等复杂非线性力学行为,故所采用的分析程序应能够瞬时改变结构的刚度矩阵和几何形状,现有的有限元方法在处理结构断裂倒塌问题时存在一定的局限;向量式有限元是以向量力学和数值计算为基础的一种新型数值计算方法,在求解结构大变形、大转动、倒塌等复杂问题方面表现出了独特的优势。由于消能减震结构具有减震机理明确、减震效果显著且安全可靠等优点,易于在工程中推广应用,因此,消能减震技术的应用形式和范围也越趋广泛。目前,对于结构抗竖向连续倒塌的研究多集中于普通抗震结构,对附加阻尼器的消能减震结构和隔震结构的竖向连续倒塌研究较少。在此背景下,本文研究了附加粘滞阻尼器的钢框架结构的竖向连续倒塌分析,并在此基础上讨论了消能减震结构的抗连续倒塌性能和破坏机理。本文基于向量式有限元理论建立了考虑初始变形的结构动力连续倒塌弹塑性模型,提出了构件拆除前静力分析和构件拆除后动力分析全过程统一的瞬时卸载法,主要从结构连续倒塌影响因素、消能减震结构抗连续倒塌性能分析和断裂倒塌数值模拟三个方面,深入研究了钢框架结构的连续倒塌动力行为,主要研究内容如下:(1)对比有限单元法、离散元法和非连续变形分析等数值方法在结构断裂倒塌分析中遇到的计算难点,介绍向量式有限元在处理结构断裂倒塌等复杂行为时的优势和特点。详细论述了向量式有限元的基本理论,基于该理论建立了粘滞阻尼单元,并通过数值算例验证了编写的平面钢框架结构动力分析和粘滞阻尼单元程序的正确性。(2)采用瞬时卸载法对一平面钢框架结构进行动力弹塑性分析,提出了竖向位移和转角位移放大系数指标,研究了底层柱失效位置、构件失效时间和材料屈服强度对剩余结构在竖向均布荷载作用下动力响应的影响,针对不同的因素给出了相应的建议,为提高建筑结构抗竖向连续倒塌性能和工程设计提供参考。(3)研究了粘滞阻尼器在结构抗竖向连续倒塌性能中的需求,通过拆柱前后结构内力的变化量指标,研究了布置阻尼器时剩余结构上部不平衡荷载引起的动力效应作用区域和内力传递模式,讨论了阻尼器的布置对材料屈服强度变化的影响。(4)建立平面梁单元的断裂准则和模式,通过MATLAB编写结构断裂程序,对布置粘滞阻尼器前后的钢框架结构在底层柱失效及水平地震作用两种荷载模式下的断裂倒塌行为进行了数值模拟,对结构断裂倒塌过程进行预测和跟踪,深入研究了结构发生连续倒塌的破坏过程,对比研究阻尼器在结构倒塌破坏过程中的作用。

关键词：向量式有限元连续倒塌瞬时卸载法粘滞阻尼器非线性动力分析

基于向量式有限元的自复位耗能支撑钢框架抗连续倒塌性能研究

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基于向量式有限元的自复位耗能支撑钢框架抗连续倒塌性能研究

作者：娄亚明大连理工大学

学位级别：硕士

由建筑结构关键构件损伤、失效引起的连续倒塌（Progressive Collapse）现象已成为设计、研究人员广泛关注的领域。由于连续倒塌过程中,构件会发生明显的变形,并伴随着振动、断裂、碰撞等强非线性行为,空间复杂结构框架的连续倒塌分析... 详细信息

由建筑结构关键构件损伤、失效引起的连续倒塌（Progressive Collapse）现象已成为设计、研究人员广泛关注的领域。由于连续倒塌过程中,构件会发生明显的变形,并伴随着振动、断裂、碰撞等强非线性行为,空间复杂结构框架的连续倒塌分析与模拟在传统有限元软件的实施过程中效率有限。向量式有限元（Vector Form Intrinsic Finite Element）在解决结构以及机构的大变形、断裂、倒塌、碰撞等复杂问题方面有较大的优势。在抗震设计中,自复位耗能支撑（Self-Centering Energy Dissipation Braces）既可以有效控制结构的残余变形,又能耗散地震输入能量,结构发生的竖向连续倒塌和地震作用下的结构振动反应有共同特点,自复位耗能支撑很显然对结构抗连续倒塌也有正面影响。本文基于空间向量式有限元基本原理,进行了空间杆系结构的断裂和碰撞数值模拟,分别采用非线性动力分析方法和等效内力瞬时卸载法对布置了不同参数设置下自复位耗能支撑的钢框架进行水平向的地震时程分析和竖向连续倒塌时程分析,探究自复位耗能支撑在两种模式下的最佳参数设置,主要研究内容如下:（1）介绍空间向量式有限元方法在处理结构大变形、机构运动、断裂碰撞等强非线性行为的主要分析思路,详细阐述了空间梁式杆单元的基本理论和计算流程。建立了适用于向量式有限元方法的自复位耗能支撑恢复力模型。（2）参考基于刚度比的支撑设计方法,拟定自复位耗能支撑三个主要参数的分析流程,设计算例并进行程序验证,使用向量式有限元法先后进行纯框架、布置不同参数支撑下结构的水平地震时程分析,综合位移、内力、耗能等多项指标研究自复位耗能支撑不同参数组合的消能减震效果。（3）使用内力等效的瞬时卸载法模拟框架底层柱失效,基于向量式有限元法进行失效前后阶段的结构竖向非线性动力分析。基于前述支撑参数组合研究结果对自复位耗能支撑钢框架进行竖向非线性动力分析,对比研究支撑不同参数组合对结构抗竖向连续倒塌的影响以及支撑对内力和变形发展的影响。（4）优化断裂准则、断裂模式,制定并详细介绍了接触侦测和碰撞反应的实施流程,验证初步建立的向量式有限元空间杆系结构断裂、碰撞现象全过程模拟平台,进行参数化和可视化的结构拆除竖向受力构件连续倒塌过程模拟,研究钢框架在布置自复位耗能支撑后对结构连续倒塌过程的影响。

关键词：向量式有限元连续倒塌自复位耗能支撑断裂碰撞

基于VFIFE的半刚性连接钢框架抗连续倒塌性能研究

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基于VFIFE的半刚性连接钢框架抗连续倒塌性能研究

作者：李志彩大连理工大学

学位级别：硕士

对钢结构进行分析时,梁柱的连接通常被认为是理想铰接或完全刚接,这种理想假设虽会简化结构的复杂程度,但在实际工程中梁柱连接节点既不可能是完全刚接也不可能是理想铰接,而是受力性能处于这两者之间的半刚性连接,采用理想的刚接或铰... 详细信息

对钢结构进行分析时,梁柱的连接通常被认为是理想铰接或完全刚接,这种理想假设虽会简化结构的复杂程度,但在实际工程中梁柱连接节点既不可能是完全刚接也不可能是理想铰接,而是受力性能处于这两者之间的半刚性连接,采用理想的刚接或铰接模型会造成理论与实际存在较大差异。目前,学者对半刚性连接的节点受力性能进行了充分的研究,但对于考虑半刚性连接节点的钢框架结构抗连续倒塌问题研究较少。因此本文研究了半刚性连接钢框架结构抗连续倒塌性能。向量式有限元方法是一种新的分析方法,它用质点的性质描述结构的形态,并用牛顿第二运动定律作为质点运动准则,在求解大变形、倒塌、断裂等复杂问题方面表现出独特优势。本文根据向量式有限元理论,采用考虑结构初始变形的瞬时卸载法,建立结构模型,从关键构件判别、半刚接结构动力非线性分析和构件断裂数值模拟三方面,研究平面钢框架结构的连续倒塌破坏行为。主要研究内容如下:（1）介绍向量式有限元方法在处理碰撞、坍塌、断裂等结构复杂行为时的优势;详细阐述了向量式有限元基本理论和分析流程,基于该理论建立半刚性连接单元,通过与已有文献研究结果对比分析,验证了所编平面半刚性连接单元程序的正确性;（2）针对拆除构件法进行结构连续倒塌分析时,需要确定拆除构件的位置,本文结合向量式有限元方法可以扣除刚体位移计算纯变形位移的优势,对不等跨结构、荷载不相等结构和层数不相同结构进行分析,得到相应结构的关键构件位置;（3）研究了半刚性连接对钢框架结构抗倒塌性能的影响。通过分析拆柱前后剩余结构位移和内力的变化量,研究节点连接刚度对剩余结构在上部不平衡荷载作用下内力重分布规律的影响;（4）根据平面梁单元的的断裂准则和断裂模式,采用MATLAB软件编写半刚接单元断裂程序,对半刚接钢框架结构在竖向均布荷载和水平地震荷载作用下的倒塌过程进行跟踪,并分析节点连接刚度对钢框架结构倒塌过程的影响。

关键词：半刚性连接向量式有限元瞬时卸载法连续倒塌动力非线性分析