基于能量法的半刚性节点钢框架连续倒塌力学性能分析

来源 :山东科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a20090907
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随着世界发展,建筑结构作为人类生活、工作的主要场所,其安全性应当被给予更高关注。结构的抗连续倒塌设计不仅仅是为抵抗外部安全隐患的措施,更是增强结构安全性的一种设计理念。通过增强结构的整体性、耗能能力,增加备用传力路径,增强结构冗余度,从结构层面降低了结构的倒塌风险。另一方面,梁柱连接作为钢框架结构的重要组成部分,对整个结构的力学性能与安全具有重大影响。因此节点的半刚性性质日益受到工程界的重视。基于以上背景,本文将深入研究半刚性节点在结构连续倒塌全过程中的受力情况。  首先,基于连续倒塌拆除构件法的基本理论,针对连续倒塌的弹性阶段、弹塑性阶段、悬链线阶段,运用静力分析方法,参考目前针对半刚性结构的前沿分析理论,选取框架子结构进行了力学分析。得出了结构抗倒塌承载力与构件抗力之间的关系表达式、结构倒塌抗力和失效点位移之间关系曲线的计算方法,对连续倒塌各阶段构件的力学响应进行了深入系统的研究,得到了一系列相关问题的解答。  其次,基于连续倒塌各阶段的力学特性,运用经典梁理论和位移解法,选取适用于各个阶段的计算模型,引入半刚性节点的边界条件,推导出各阶段半刚性钢框架的位移解答。再通过结构分析的能量原理,推导出结构各个阶段的应变能表达式,从而能够从能量的角度量化节点半刚性性质对结构抗连续倒塌能力的实际贡献。针对上述理论分析,通过大型通用分析软件ANSYS建立有限元模型,基于竖向抗力-位移曲线的对比,证明了分析的合理性,为相关研究提供依据。  最后,选取一组最常见的半刚性连接节点型式,即外伸端板连接半刚性节点,通过ANSYS建立了精细化的节点模型,分析了该节点形式在连续倒塌工况下的力学相应和破坏机理。基于“组件法”和“T形连接件”法的基本思想,分析了影响该节点力学性能的构造参数,验证了参数变化对节点抗倒塌承载力的影响。相关研究成果为该类节点形式的抗倒塌设计提供参考。
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