基于抽柱法的反向槽钢连接节点抗连续倒塌性能研究

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随着土木工程行业的快速发展,钢结构也得到了越来越广泛的应用。受常规载荷作用下,钢结构设计已经比较完善,但各种偶然载荷引起的结构连续倒塌行为仍有许多内容值得探讨。连续倒塌是因为建筑结构局部失效而引起的,局部破坏导致结构构件之间损伤传递,最终导致整个结构倒塌或相对于初始破坏范围更大的倒塌。当钢结构体系在遭受偶然荷载作用下而导致结构发生失效时,节点的变形通常相当大,由于局部节点变形的失效往往引发大范围倒塌甚至整个结构倒塌。因此节点在变形情况下,其抗连续倒塌的力学性能及破坏模式等课题有待进一步研究。基于抽柱法并利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对反向槽钢节点抗倒塌性能进行拟静力非线性数值模拟分析,主要有以下几个方面内容:(1)对反向槽钢节点进行了考虑材料失效应变的数值模拟分析。通过比较反向槽钢节点的破坏模式、转动特性,以及平齐端板螺栓模型的受力情况,表明有限元结果与试验吻合良好,验证了数值模拟方法的有效性。通过对反向槽钢节点在连续倒塌过程中的内力分析,同时对其力学机制的变化情况进行分析,讨论了节点在倒塌过程中梁机制和悬链线机制的发展规律及转换机理。(2)对反向槽钢节点的抗连续倒塌性能进行参数化研究。讨论了梁的跨高比对节点极限承载力、内力发展及抗力机制的影响。梁跨高比增加会导致梁轴力增大,悬链线机制对承载力贡献增大,但极限承载力降低;而跨高比对节点的最终破坏形态影响较小。反向槽钢节点转动性能良好,能避免主梁节点过早破坏,延长端板连接可以提供更高的抗力,较宽槽钢尺寸连接形式可以更充分的发展悬链线效应。(3)基于Izzuddin能量法对反向槽钢节点的动力响应进行分析,进而得到其动力放大系数。随着失效柱位移的增大,基于力的动力放大系数(Dynamic increase factor)DIF_P逐渐减小;随着失效柱荷载的增大,基于位移的动力放大系数(Dynamic increase factor)DIF_U逐渐增大;本文得到的动力放大系数大于规范建议的动力放大系数,规范中DIF偏于保守。因为抗连续倒塌研究的是结构大变形阶段的受力性能,建议本文结构的DIF_P取1.3,DIF_U取值2.8。
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