強震下大跨立體拱桁架體系彈塑性時程分析與破壞形態(tài)模擬.pdf

1、地震災害因其突發(fā)性和不可預測性，一直都是人類生命和財產(chǎn)的重大威脅，而其愈來愈頻繁的發(fā)生更是使得抗震成為房屋建筑，乃至一切土木工程中最困難的課題。從全球重大地震災害調查中可以發(fā)現(xiàn)，95％以上的人員傷亡都是因為建筑物受損或倒塌，以及地震后無法躲避次生災害所引致。分析研究地震中建筑受損倒塌的原因并加以防范，建造經(jīng)得起強震作用的建筑，賦予大跨公共建筑可作為地震避難所的新型功能，是提高城市綜合防御能力，減少地震災害，加快災后重建最直接、最有效的方

2、法。本文選擇大跨公共建筑應用最為廣泛的立體拱桁架結構體系作為研究對象，采用多種計算分析程序，從結構設計到地震作用下的彈塑性性能及破壞形態(tài)展開探討，為合理提高此類結構的抗震魯棒性提供參考。文章的主要內(nèi)容及成果如下:
　?、?計算模型的設計與動力特性研究
　　本文首先采用3D3S設計程序，根據(jù)現(xiàn)行國家相關規(guī)范，設計出矢跨比為0.25、跨度60米的多榀空間立體拱桁架結構體系，其下部支承于鋼框架結構上。再利用SAP2000設計軟件研

3、究和分析其動力特性，并就結果進行桿件截面的調整，使結構的剛度分布趨于均勻，保證了設計的合理性，從而在地震作用下可以發(fā)揮其結構優(yōu)勢，準確的表現(xiàn)出此類結構的受力性能。
　　②.整體結構的彈塑性地震時程分析
　　選取三條適用于設計結構場地的地震波，即EL波、CAPE波及人工波，采用有限元分析程序ANSYS，建立合理的材料本構關系及邊界條件，對結構整體進行彈塑性動力時程分析，從結構整體的最大位移變化和塑性發(fā)展程度兩個方面對整體結構在

4、地震波作用下的性能進行描述和分析。確定此類結構在地震作用下的薄弱部位。
　　③.整體結構模型與單榀結構模型在強震下的性能對比
　　鑒于在評定類似本文中大跨結構的抗震性能時，之前的研究大部分都只是利用整體結構中的某一單榀來進行分析，本文在以上研究的基礎上從設計分析的整體結構中抽取一榀，作為單榀結構模型，加載以相同的地震波進行時程分析，并將分析結果與整體模型進行對比，以此評判研究方法的科學性和有效性。結果表明，在強震作用下，結構

5、在進入了塑性后，單榀的性能表現(xiàn)大大不同于整體結構的抗震性能，整體結構各個桿件之間的聯(lián)系導致結構在塑性的傳遞和流動方式上單榀結構和整體結構的表現(xiàn)完全不同，這對于抗震，尤其是強震下整體結構的魯棒性能的影響非常大。經(jīng)過對比分析，發(fā)現(xiàn)只有用整體結構來進行分析，才能得到準確可靠的結論，才能夠對整體結構的抗震性能有真實的描述。
　?、?整體結構的破壞過程及模式分析
　　采用動力分析程序——LS-DYNA，建立具有失效應變的材料本構模型，

6、對整體結構進行強震作用下的破壞過程模擬及分析。經(jīng)計算，在強震下，整體結構連系桁架與主拱桁架相交的下弦部分首先失效，此后連系桁架迅速失效，且塑性程度大大增加，有效的延緩了主桁架的震害，最終僅引起了結構的局部破壞，對于本結構而言，下部結構的良好魯棒性及上部結構的連系桁架所具有的良好的延性性能的使得結構在抗連續(xù)倒塌中起了關鍵的作用。在強震下結構體系最終并沒有發(fā)生破壞性的整體倒塌，與ANSYS程序計算下的塑性發(fā)展過程比較后發(fā)現(xiàn)，結構塑性發(fā)展的過