考虑梁柱节点受力机理的钢框架抗连续倒塌性能研究

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随着国民经济的高速发展,我国进入了一个大规模建设的时期,钢产量在此期间迅猛增长。同时由于钢结构具有轻质、高强等特点,使得钢结构建筑在我国建筑领域得到巨大发展和广泛应用。正是因为钢结构发挥着越来越重要的作用,针对它的各种性能的研究也越来越多。但是当前研究大都是在钢结构处于正常荷载状态下进行的。当结构遭受偶然荷载(如地震、爆炸、冲击、火灾等)作用时结构可能会由于某些局部构件的突然破坏引发结构的内力重分布进而发生不成比例的严重破坏,导致结构连续倒塌。因此为了避免钢结构在偶然荷载作用下发生连续倒塌,有必要对结构的抗连续倒塌性能进行研究并提出合适的建议,改善结构的抗连续倒塌性能。本文通过有限元软件建模并在梁柱节点处引入转动弹簧单元来考虑节点受力机理对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响。模型根据节点转动刚度的不同,分为刚接模型、不考虑节点刚度退化的线性节点模型以及考虑节点刚度退化的实际节点模型。采用拆除构件法对模型进行连续倒塌分析。首先进行静力分析求得撤柱处的反力,然后进行模态分析获得剩余结构的相应竖向自振周期;最后进行撤柱动力分析,通过动力放大系数来表征结构动力效应的大小并对结构的抗连续倒塌性能进行评定。通过参数化分析得到节点转动刚度分别在弹、塑性状态下对结构连续倒塌的影响;同时将不考虑节点刚度退化的线性节点模型与考虑刚度退化的非线性节点模型进行对比,研究节点刚度退化对结构连续倒塌的影响;最后,由于节点转动刚度的改变会使结构内力重新分配,对结构及构件耗能产生影响,因此研究节点转动刚度对结构及构件耗能变化的影响。通过以上分析提出改善结构抗连续倒塌性能的措施为工程实际提供参考。分析结果表明:考虑节点刚度退化会使动力放大系数增大;结构在弹性状态下,动力放大系数维持在2.0左右,不考虑节点刚度退化模型可用于连续倒塌分析;结构在塑性状态下,动力放大系数随节点转动刚度与需求能力比的增大而减小,不考虑节点刚度退化模型不宜用于连续倒塌分析;随着节点转动刚度的增大,节点耗能占结构总耗能比例减小,梁耗能比例增加:因此建议当节点转动刚度较小时增加节点的变形能力以提高结构的抗连续倒塌性能,反之增加梁的变形能力。
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