基于敏感性分析的高层钢结构关键构件识别研究

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随着我国工业化的快速发展,钢结构建筑被大量建造,其保有量在迅速的增加。关于钢结构倒塌的研究越来越多,为了防止结构连续倒塌,识别关键构件尤为重要。本文以7层钢框架为模型,基于敏感性系数通过有限元软件ANSYS来识别关键构件,并比较了无支撑钢框架和有支撑钢框架之间的区别。本文的主要的分析内容有:(1)对底层的角柱、边柱、中柱进行非线性静力分析,得出每根构件的敏感性系数。(2)对标准层的角柱、边柱、中柱、主梁进行有限元分析,得出每根构件的敏感性系数。(3)对顶层的角柱、边柱、中柱、主梁进行敏感性分析,得出各根构件的敏感性系数。(4)通过各构件的敏感性系数大小,确定结构的关键构件。(5)比较无支撑框架和有支撑框架之间的不同点。论文研究的主要成果如下:(1)分析钢框架底层结构时得到:角柱的敏感性大于边柱的敏感性,长边方向边柱的敏感性大于短边方向边柱的敏感性,边柱的敏感性大于中柱的敏感性。(2)分析钢框架标准层结构时得到:角柱的敏感性大于边柱的敏感性,长边方向边柱的敏感性大于短边方向边柱的敏感性,边柱的敏感性大于中柱的敏感性,当长边方向有次梁时,短边方向梁的敏感性大于长边方向梁的敏感性,但相差不大。(3)分析钢框架顶层结构时得到:角柱的敏感性大于边柱的敏感性,长边方向边柱的敏感性大于短边方向边柱的敏感性,边柱的敏感性大于中柱的敏感性,当长边方向有次梁时,短边方向梁的敏感性大于长边方向梁的敏感性,但相差不大。(4)通过对底层、标准层、顶层各构件的分析得到柱的敏感性远大于主梁的敏感性。随着高度的增加,相同位置柱的敏感性在减小。随着高度的增加,相同位置梁的敏感性变化不大。(5)根据敏感性的大小,我们将敏感性分为两个等级:一级和二级,其中一级比二级重要。则柱为敏感性等级为一级,梁的敏感性等级为二级。我们可以认为敏感性大的构件为关键构件,即柱为关键构件,尤其是角柱,各层中角柱的敏感性最大,所以在设计中要加强角柱的的保护。(6)当对框架增加支撑时,相同位置柱的变形减小了,从而相应位置柱的敏感性也降低了;当对框架增加支撑时,相同位置主梁的变形基本维持不变,其相应位置主梁的敏感性也基本没有变化;增加支撑使得柱的敏感性降低了,因为柱为关键构件,所以关键构件的敏感性降低了;增加支撑可以提高结构的整体稳定性。
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