双层网格结构火灾下连续倒塌分析及灾后性能评估方法

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双层网格结构广泛应用于厂房、仓库等大跨度工业建筑中,火灾对其结构性能有较大不利影响,甚至可能造成结构的整体坍塌,造成巨大的经济损失和社会危害。因此有必要对双层网格结构火灾下的破坏行为以及连续倒塌破坏过程进行研究,同时也为结构加固与修复提供依据。目前,针对双层网格结构火灾下的连续倒塌分析,缺少普适的分析方法;针对灾后性能评估,未形成能用于指导加固与修复的实用设计方法。结合上述问题,本文开展了以下研究:
  (1)本文提出了一种全过程动态拆除构件法,该方法能够实时地拆除结构中满足受压失稳准则的构件;能够考虑失效构件拆除时长对连续倒塌过程中动力效应的影响;还能构考虑火灾高温对钢材的影响。采用该方法对某双层网架结构在拆除网架中心四角锥、拆除失效角支座和拆除失效边支座三种工况下的动力响应进行数值模拟,通过和已有的有限元结果进行对比,验证了全过程动态拆除构件法的准确性。
  (2)采用该方法对上述网架结构角支座失效引起结构动力响应进行数值模拟分析,分别考虑了火灾温度效应以及失效构件拆除时长对连续倒塌的影响,得到了双层网架结构的关键构件为与支座直接相连的构件,这些构件的失效沿着支座连线扩展将引起结构的连续倒塌。
  (3)采用该方法对秦皇岛某仓库双层网壳结构屋盖火灾实例进行数值模拟分析,准确地模拟了实际火灾和虚拟火灾两种火灾场景下网壳结构的连续倒塌行为及连续倒塌过程中构件拆除引起的结构动力响应。火灾下双层柱面网壳结构的关键构件为横向下弦杆及与之相连的受压腹杆,这些构件的失效沿纵、横两个方向的扩展将引起网壳的连续倒塌。连续倒塌过程中网壳结构动力响应的大小与失效构件拆除时长密切相关,瞬时拆除构件法高估结构的动力响应,加速结构的连续倒塌,在合理时长内拆除失效构件,才能准确地模拟网壳结构连续倒塌过程。
  (4)为了评估双层网壳结构火灾后的残余承载力,提出了一种基于统一可靠度的结构灾后残余承载力的计算方法。通过编制Fortran程序能够快速的生成具有构件几何缺陷的双层网壳结构模型,通过进行大量的数值模拟,得到基于统一可靠度的结构残余承载力,对火灾后结构的薄弱部位和残余承载力进行了评估。
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