立体桁架结构抗连续倒塌性能研究

作     者：傅本钊 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩庆华;王湘安

授予年度：2017年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：立体桁架 连续倒塌 敏感性指标 地震作用 

摘      要：随着经济的快速发展,大跨空间结构被广泛地应用在航站楼、体育馆、展厅等大型公用建筑,这类建筑物通常人口密集,一旦发生倒塌将造成严重的人员伤亡和财产损失,故对其进行抗倒塌性能研究具有重要意义。本文以立体桁架为研究对象,对一体育馆钢屋盖的抗连续倒塌性能进行深入的分析,考虑了极端雪荷载和地震作用两种荷载形式。采用ABAQUS程序对立体桁架结构进行数值模拟,基于应力比提出了敏感性指标,在静力作用下进行敏感性分析,得到了敏感构件、关键构件的分布规律,分析了高跨比、跨度和截面形式对立体桁架抗连续倒塌性能的影响,模拟了极端荷载作用下结构的连续倒塌破坏模式。采用预定义场法引入初始失效杆件,考虑损伤累积效应,评估立体桁架结构在地震作用下的连续倒塌性能,分析了不同破坏模式下结构的破坏加速度、倒塌极限位移和塑性杆件比例等响应的变化规律,提出了改善结构抗连续倒塌性能的有效措施。从而为立体桁架结构的工程设计提供理论依据,主要研究结论有:1)倒三角截面立体桁架敏感构件为支座附近的上弦杆、A类腹杆和B类腹杆;正三角截面立体桁架敏感构件为跨中下弦杆和支座附近的A类和B类腹杆。关键构件均为支座附近A类腹杆,通过增大关键构件的截面尺寸,可以有效提高结构的抗连续倒塌性能。2)在保证相同应力比的情况下,随结构高跨比的增加或跨度的减少,相同位置杆件的敏感性指标增加,敏感构件分布范围增大。与A、B类腹杆相比,上弦杆发生初始失效时,后续失效杆件较少,倒塌更突然。在静力作用下,立体桁架结构的倒塌极限位移为跨度的1/100/70。3)在地震作用下,结构的薄弱部位为主桁架跨中3/8L范围内的上弦杆、下弦杆及跨中支撑桁架的上弦杆。引入初始失效后结构破坏加速度降低了13.3-40.0%,倒塌极限位移降低了1.6-30.9%,为跨度的1/90-1/65,初始失效为受压杆件时,结构发生动力失稳破坏,初始失效为受拉杆件时,发生动力强度破坏。4)增加侧向交叉支撑后,主桁架的平面外失稳被有效抑制,提高了结构的抗连续倒塌性能,结构破坏加速度增大了5.8-73.7%,倒塌极限位移均有所下降,为跨度的1/145-1/80,结构发生动力强度破坏。