桁梁結(jié)構(gòu)體系的連續(xù)性倒塌試驗(yàn)與數(shù)值仿真研究.pdf

1、自從英國(guó)倫敦Ronan Point公寓爆炸導(dǎo)致連續(xù)性倒塌破壞以來(lái)，連續(xù)性倒塌研究已經(jīng)成為許多學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌的偶然事故，不僅破壞力巨大，而且難以預(yù)見(jiàn)、難以控制，使得這類事故難以納入已有的基于概率統(tǒng)計(jì)的荷載(作用)分析方法中。因此關(guān)于結(jié)構(gòu)體系連續(xù)性倒塌的研究，不僅具有緊迫的社會(huì)需求，也為研究者提出了許多難題。
　　 本文以大跨度桁梁結(jié)構(gòu)為對(duì)象，選取其中的桁梁結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行深入的研究和探討。本文所指的桁梁結(jié)構(gòu)，是指格構(gòu)式的

2、平面受力構(gòu)件組成的大跨度結(jié)構(gòu)。與一般空間結(jié)構(gòu)體系和框架結(jié)構(gòu)體系相比，這類結(jié)構(gòu)體系的冗余度較低，其抵抗連續(xù)性破壞的問(wèn)題更值得關(guān)注。
　　 本文主要從試驗(yàn)、數(shù)值模擬仿真和安全性能評(píng)價(jià)方式的檢驗(yàn)三個(gè)方面進(jìn)行了桁梁體系連續(xù)性倒塌的研究。
　　 試驗(yàn)方面：首先，設(shè)計(jì)了一小比例桁梁模型結(jié)構(gòu)體系，減小試驗(yàn)成本，同時(shí)易拆裝，利于試驗(yàn)重復(fù)使用，有助于參數(shù)試驗(yàn)研究。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)研制了初始破壞引入裝置，模擬偶然機(jī)制和作用，該裝置具有對(duì)擬破壞構(gòu)件常

3、規(guī)性質(zhì)的非干擾性；破壞的瞬時(shí)性；不同破壞位置的可移植性；對(duì)試驗(yàn)過(guò)程具有可控性。同時(shí)開(kāi)發(fā)了非接觸式動(dòng)位移測(cè)量技術(shù)，通過(guò)攝像來(lái)獲取位移的時(shí)程曲線。其次，進(jìn)行了桿件材料和組合構(gòu)件的拉伸試驗(yàn)，確定整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度。進(jìn)行了初始破壞后剩余結(jié)構(gòu)的彈性振動(dòng)試驗(yàn)，具有可重復(fù)性，考察結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能，測(cè)試設(shè)備的可行性，并揭示出整體結(jié)構(gòu)與局部構(gòu)件的頻率關(guān)系。最后，通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變和動(dòng)態(tài)位移的數(shù)據(jù)分析并結(jié)合試驗(yàn)過(guò)程的錄像，可以有效地揭示連續(xù)性倒塌試驗(yàn)過(guò)程中剩余結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷

4、的不同狀態(tài)。通過(guò)應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)合理布置，可以判斷構(gòu)件的屈服順序、破壞順序，進(jìn)而推斷出整體結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制。提出了一些抵抗連續(xù)性倒塌措施：加強(qiáng)上弦支撐的作用，增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)，可有效提高抗倒塌能力；提高構(gòu)件承載力富余水平有利于結(jié)構(gòu)抗倒塌?？傊?，建立了一套有效的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，從桿件材料的測(cè)試，構(gòu)件性能的測(cè)定，到整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的靜、動(dòng)力測(cè)試，一直到最后的連續(xù)性倒塌試驗(yàn)。使研究由淺入深，有利于數(shù)值仿真分析的展開(kāi)，逐步的、堅(jiān)實(shí)的、全面的“探索”結(jié)構(gòu)的

5、破壞機(jī)制。
　　 數(shù)值仿真方面：首先，以ABAQUS有限元軟件為數(shù)值模擬平臺(tái)，建立了試驗(yàn)的數(shù)值模型。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了數(shù)值模型剛度和頻率的校正分析。通過(guò)顯式積分和結(jié)果傳遞技術(shù)可以完全模擬連續(xù)性倒塌的全過(guò)程，分析試驗(yàn)的破壞機(jī)制。通過(guò)參數(shù)分析來(lái)考察連續(xù)性倒塌試驗(yàn)過(guò)程中所忽略的一些影響因素：材料性能、阻尼、初始破壞桿件的失效時(shí)間、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等。這些因素可能影響最終的破壞機(jī)制，應(yīng)予以重視。
　　 安全性能評(píng)價(jià)方式的檢驗(yàn)方面：設(shè)計(jì)