钢框架抗连续倒塌设计方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anilit
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当结构的某一承重构件失效后,其承担的竖向荷载会由周围构件分担,若相关构件不能承受传递而来的荷载并形成新的平衡,则会发生构件的连锁失效,最终导致结构发生不可控的连续性倒塌。我国因250米以上超高层建筑数量多且平均高度高、遭受恐怖袭击威胁风险高、大城市人口密度大且流动性高、汽车保有量及使用率高四大因素成为结构连续倒塌高风险国家,但与之形成鲜明对比的是我国并没有专门的抗连续倒塌设计规范,仅在部分结构设计规范中提到了概念性的结构延性设计目标。因此有必要摸索出适用于我国结构规范的抗连续倒塌设计流程及参数,并形成规范,用于实践。本文以某4层9×3跨钢框架办公楼移除底层中柱的工况为例,介绍美国总务局于2013年10月颁布的抗连续倒塌设计规范中的线性静力法设计流程,并对其中部分参数进行调整使之适用于我国结构设计方法。在此基础上,将所有构件划分为结构纵向外侧梁、纵向内侧梁、横向梁、结构外侧柱和内侧柱5组,分别将每组构件截面放大6-9次,并以这6-9个截面的主截面模量为横坐标、相应应力比或内力为纵坐标绘图,观察每组构件的截面尺寸变化对自身内力及各组构件应力比的影响。最后,针对底层中柱与角柱失效两种工况,通过逐步降低失效柱弹性模量E的方式模拟其刚度退化,探究此过程中相关构件的应力比变化规律。结论如下:(1)本文中按我国规范设计的未考虑地震作用的钢框架办公楼不具备抵御连续倒塌的能力。在变形控制准则中,梁、柱的正应力比超限,在强度控制准则中,柱的正应力比超限。(2)增大与被移除的柱在同一平面内的构件的截面,会使该构件内力小幅增大、应力比大幅降低,也会降低该平面内其它构件的应力比。增大与被移除的柱不在同一平面内的构件的截面,仅会降低该构件的应力比,其内力及该平面内其它构件的应力比基本保持不变。(3)在失效柱刚度逐渐降低的过程中,与之相邻的梁、柱的正应力比呈上升趋势,上升速度为:慢一快一慢。但位于失效柱上方且与失效柱同轴线的柱,其正应力比曲线分为下降和上升两段,其中第2层柱的正应力比在下降段中呈先升后降趋势。
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