结构抗连续倒塌设计理论与方法研究

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结构连续倒塌是指结构因偶然荷载而造成局部结构破坏失效,继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏,最终导致相对于初始局部破坏过大范围的、不成比例的倒塌破坏。可以造成结构连续倒塌的起因可能是爆炸、撞击、火灾、飓风、施工失误、基础沉降等偶然因素。当偶然因素导致局部结构破坏失效时,整体结构不能形成有效的多重荷载传递路径,破坏范围就可能沿水平或者竖直方向蔓延,最终导致结构发生过大范围的倒塌甚至是整体结构的倒塌。结构抗连续倒塌设计则是结构工程师将结构设计成在一定安全可靠度之下具有抵抗连续倒塌能力的过程,当突发事件或严重超载造成局部结构破坏时,结构通过多重荷载路径内力重分布阻止破坏过大范围的蔓延,尽可能减少人员的伤亡以及结构的破坏程度。 由于结构连续倒塌可能导致大量的人员伤亡和财物损失以及给社会带来的负面影响,结构抗连续倒塌设计在欧美国家已经得到了广泛应用,并且发布了相应的规范和准则。我国还没有形成有关抗连续倒塌的有关设计文件和标准。随着国家建设发展,建设项目越来越多,一些重要地位的、高安全等级要求的或者比较容易受到恐怖袭击的建筑结构抗连续倒塌问题显得更为突出;一些结构工程师可能面临到一些要求进行结构抗连续倒塌设计工程,所以,一部分结构工程师有必要系统的把握结构抗连续倒塌设计理论与方法。 结构连续倒塌是一个动力、非线性的发展过程。由于造成结构连续倒塌的偶然因所引起的荷载通常都是以突发、动态、难以预料、难以量化的特性存在,以及其量值通常远远大于一般概念的结构设计时的荷载取值,所以结构抗连续倒塌设计与一般概念的强度、刚度、稳定设计方法较为不同。本论文在总结目前国外多个结构抗连续倒塌设计准则的基础上首先从结构抗连续倒塌概念设计进行论述;重点分析研究了结构多重荷载路径抗连续倒塌设计方法,揭示了多重荷载路径设计方法中必须引入结构在偶然荷载作用和局部构件失效前结构整体的初始平衡状态条件;并通过动力计算分析,总结出局部构件动态失效对剩余构件的产生的动力影响,最终为静力计算方法提出了修正参数;重新提出了一套结构抗连续倒塌设计流程图并对一结构进行了抗连续倒塌设计实例;简单归纳了一些抗连续倒塌性能较好的结构体系形式和增强抗连续倒塌性能的有效措施。
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