检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：潘柳景泰西安建筑科技大学

学位级别：硕士

建筑物在漫长的服役生涯中可能会受到火灾、地震、爆炸冲击等偶然荷载的作用,引起结构发生大规模的连续倒塌,造成严重的人员财产损失。钢结构由于具有受力性能优良、质量轻、施工周期短、低碳环保等特点而被广泛使用。但目前,由于偶然... 详细信息

建筑物在漫长的服役生涯中可能会受到火灾、地震、爆炸冲击等偶然荷载的作用,引起结构发生大规模的连续倒塌,造成严重的人员财产损失。钢结构由于具有受力性能优良、质量轻、施工周期短、低碳环保等特点而被广泛使用。但目前,由于偶然荷载发生的随机性,结构抗倒塌设计的研究主要集中于提高结构的安全性与鲁棒性,但鲜有提及设计的经济性及其对结构抗倒塌设计的影响。针对这一问题,本文以钢框架结构作为研究对象,基于可靠度、设计经济性对结构抗倒塌优化设计展开研究。本文首先对钢框架结构的可靠度及鲁棒性进行研究,构建了结构抗连续倒塌极限状态函数以及基于风险的抗倒塌设计成本鲁棒性指标。通过拉丁超立方抽样对函数中的相关参数进行采样,结合蒙特卡罗分析方法得出不同梁截面结构的失效概率以及鲁棒性指标,以分析截面面积参数对结构失效概率与鲁棒性指标的影响。随后对钢框架结构抗连续性倒塌设计进行优化,基于遗传算法构建结构抗倒塌设计优化模型,以结构抗倒塌设计成本鲁棒性指标为优化目标,以结构倒塌极限状态函数为安全性约束条件,建立钢框架结构优化模型,在满足安全性的基础上,找出设计成本最小的结构模型。最后,根据本文提出的抗倒塌优化设计流程进行程序编制,基于Python与SAP2000对程序模块以及可视化界面进行开发,实现结构抗倒塌设计的全自动化。研究表明:梁截面面积的增加与倒塌概率和鲁棒性指标之间并不一定成正相关,反而会随着截面面积的增大上下波动。所以在进行结构抗倒塌优化设计时,需要进行大量结构模型试算才能找到最优的结构模型。由此,运用本文提出的基于SAP2000和遗传算法结构优化设计模型可以快速给出最经济的结构设计方案,在满足规范规定的安全性条件下,有效的降低了结构抗倒塌设计成本。最后,开发的程序仅需导入原始结构模型、倒塌分析模型以及相关参数设定即可实现结构截面优化设计,改善了设计人员在进行抗连续性倒塌设计时因主观原因造成的设计不合理等问题。

关键词：钢框架结构连续性倒塌可靠性分析设计成本结构优化设计

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基于拆除构件法的无楼板钢框架结构抗连续倒塌的关键杆件的判定方法与验证

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材料导报 2024年第S2期38卷 461-468页

作者：袁梓豪陶忠赵龙岗昆明理工大学建筑工程学院昆明650500 云南省抗震技术研究中心昆明650503

本工作聚焦于无楼板钢框架结构,采用拆除构件法,提出以梁端最大塑性转角作为关键杆件判定指标的方法。采用有限元软件MIDAS Gen建模,选取同济大学李国强研究中的2层4跨屏幕钢框架倒塌试验数据验证了该建模方法和分析方法的准确性和有效... 详细信息

本工作聚焦于无楼板钢框架结构,采用拆除构件法,提出以梁端最大塑性转角作为关键杆件判定指标的方法。采用有限元软件MIDAS Gen建模,选取同济大学李国强研究中的2层4跨屏幕钢框架倒塌试验数据验证了该建模方法和分析方法的准确性和有效性。通过构建三个不同荷载工况和跨长条件下的平面钢框架模型,逐一拆除底层框架柱得到其失效柱处的竖向位移并计算最大梁端的转角,从而初步判断柱的重要性顺序,然后基于GSA(General Services Administration)指南中的规定分别对三个模型进行了线性静力分析和非线性动力分析,进一步验证底层框架柱的重要性顺序。分析结果表明:以最大梁端转角作为关键杆件判定指标的方法能准确判定底层框架柱的重要性顺序;线性静力分析法较非线性动力分析法结果偏保守;线性静力分析中弯矩DCR(Demand-capacity ratios)值是判断结构连续倒塌的关键指标,且荷载布置和结构跨度对关键杆件的判定有显著影响。

关键词：钢框架结构连续倒塌关键杆件拆除构件法线性静力分析非线性动力分析

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钢框架结构火灾抗震性能及火灾余震耦合研究

钢框架结构火灾抗震性能及火灾余震耦合研究

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作者：李宁汕头大学

学位级别：硕士

钢结构具有轻质高强、抗震性能良好等优点,但是钢结构本身有着不耐高温的缺点,而地震通常会诱发火灾,且地震次生火灾持续时间长、主震发生后震区余震不断。相对于不受火灾高温的钢结构,一旦次生火灾与余震耦合作用,结构将具有重大安全... 详细信息

钢结构具有轻质高强、抗震性能良好等优点,但是钢结构本身有着不耐高温的缺点,而地震通常会诱发火灾,且地震次生火灾持续时间长、主震发生后震区余震不断。相对于不受火灾高温的钢结构,一旦次生火灾与余震耦合作用,结构将具有重大安全风险。这会直接影响到结构的稳定、使其具有倒塌风险,威胁震后居民、抗震救灾及消防救援人员的生命安全。因此,本文对钢结构火灾下抗震性能损伤和火灾余震耦合作用下结构响应展开研究。通过理论计算、有限元模拟及模态参数识别,对四跨六层钢框架结构模型进行研究。构造钢框架梁柱构件、结构楼层和整体结构在火灾作用下的结构抗震性能损伤的表征函数,以构件-楼层-结构层次的损伤过程,研究火灾时各温度工况下不同楼层、不同构件和不同跨度发生火灾的影响规律。明确楼层损伤与整体结构损伤关系,得到火灾发生的楼层位置及火灾发展程度与结构整体损伤之间的关系。通过7条真实地震序列作为余震输入,以各温度工况下时程位移对比、各楼层层间位移角对比、各余震序列耦合火灾下结构损伤对比的研究思路,研究钢框架火灾耦合余震下结构损伤过程,得到不同火灾温度工况和地震强度等级与结构损伤之间的关系。主要结论如下:(1)火灾下梁构件PM曲线面积域明显缩小,抗弯承载力和轴力减小,能产生的悬链线效应减弱。火灾下柱构件滞回曲线由饱满的梭形向捏缩的弓形过度,框架柱滞回性能严重下降。结构底层相比中层顶层、结构柱构件相比梁构件和结构中间跨度相比边缘跨度发生火灾时楼层损伤更加严重。(2)火灾余震耦合作用相比常温地震作用下结构最大时程位移有所增大,且时程位移曲线波峰波谷出现明显的错峰。火灾余震耦合作用下结构性能损伤退化主要受火灾温度工况及地震动加速度幅值影响,而地震动的持续时间和频谱特性影响较小。本文通过对钢框架结构在火灾下抗震性能损伤和火灾余震耦合作用下结构响应的研究,得到钢框架结构不同火灾场景下的抗震性能损伤影响规律,明确钢框架结构在火灾及余震耦合作用下的损伤过程,能够为钢框架结构地震前防灾规划的制定提供依据、地震时的应急救灾决策提供帮助。

关键词：钢框架结构火灾场景损伤模型火灾余震耦合时程分析

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钢框架结构的连续倒塌动力响应分析

钢框架结构的连续倒塌动力响应分析

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作者：马慧敏山东建筑大学

学位级别：硕士

随着中国土木工程行业的迅猛发展,钢结构体系得到了更加广泛的应用。目前工程界对钢结构建筑在常规载荷作用下的设计已经比较完善,而对于各种偶然载荷(如火灾、汽车撞击及爆炸等)作用引起的结构连续倒塌行为还存在许多值得探讨的内容。... 详细信息

随着中国土木工程行业的迅猛发展,钢结构体系得到了更加广泛的应用。目前工程界对钢结构建筑在常规载荷作用下的设计已经比较完善,而对于各种偶然载荷(如火灾、汽车撞击及爆炸等)作用引起的结构连续倒塌行为还存在许多值得探讨的内容。众所周知,结构的连续性倒塌通常会造成较为严重的后果,对人民的生命财产安全构成重大威胁,故对钢结构连续倒塌的分析和研究具有显著的社会意义。对钢结构进行连续倒塌分析时,现在应用较为广泛的两种分析方法是拆除构件法和直接施加偶然载荷法。第一种方法不考虑结构构件破坏的具体原因,简化了结构的分析过程；第二种方法针对不同类型的偶然荷载分别进行分析。本文利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,基于这两种分析方法,对平面和空间钢框架结构进行非线性动力分析,主要进行了一下几个方面的研究： (1)基于拆除构件法,分析了平面钢框架结构中柱失效时间、失效位置及材料的应变率对结构动力响应的影响,同时对底层边柱失效时,结构的内力重分布和动力响应的影响区域进行分析,得出：构件的拆除时间不应大于剩余结构竖向振动周期的1/10；底层边柱失效引起的结构动力响应较大；应考虑材料的应变率对结构的影响。底层边柱时,靠近失效柱的各轴柱轴力、各梁弯矩、各梁轴力变化较为显著,远离失效柱的各构件内力受影响较小。 (2)同样利用拆除构件法对某空间钢框架结构进行连续倒塌动力分析,由于底层角柱失效和短边中柱失效引起的动力响应较大,所以对底层角柱和短边中柱失效时,剩余结构的内力变化和动力响应的影响区域进行研究。 (3)利用直接施加爆炸载荷法,引入失效准则,将该空间钢框架结构底层角柱消除,分析柱失效前后剩余各构件的内力变化情况和动力响应的影响区域。 (4)对比利用两种方法分析结构底层角柱失效时,结构的位移响应、内力重分布和动力响应的影响区域有何异同。通过比较得出：撤柱前后,结构中内力的变化趋势基本一致,但拆除构件法的模拟结果偏小。所以,如果结构构件失效是由于爆炸载荷作用引起的,应利用对结构直接施加爆炸载荷的方法进行分析,不建议采用拆除构件法对结构进行连续倒塌动力分析。

关键词：钢框架结构连续倒塌非线性动力分析拆除构件法爆炸载荷

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钢框架结构抗震强度折减系数的研究

钢框架结构抗震强度折减系数的研究

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作者：李立容北京科技大学

学位级别：硕士

在强烈地震动作用下，结构一般会进入弹塑性阶段。但基于结构动力学的抗震分析方法又比较复杂，不便在工程实际中得以广泛应用。因此，各国规范都引入结构抗震强度折减系数的概念，通过此系数来折减由弹性反应谱得到的地震水平剪力。国... 详细信息

在强烈地震动作用下，结构一般会进入弹塑性阶段。但基于结构动力学的抗震分析方法又比较复杂，不便在工程实际中得以广泛应用。因此，各国规范都引入结构抗震强度折减系数的概念，通过此系数来折减由弹性反应谱得到的地震水平剪力。国外规范中，折减系数的取值大多与结构体系、延性水平以及超强等因素有关。而我国规范中不区分结构的类型、周期及其所处的地震危险性等的差异，折减系数取统一的数值(约为3)。国内许多学者已经意识到其取值的不合理性，并做了大量的研究工作，以期为结构规范的修订提供参考。本论文的研究即在此背景下形成，并主要做了以下几个方面的工作：\n (1)总结国内外关于强度折减系数的研究成果，并介绍了各国抗震规范中强度折减系数的取值。\n (2)在总结前人研究成果的基础上，明确此论文的研究方向和方法，本文主要通过结构设计与分析相结合的方式，从验算的角度来考察我国抗震规范中钢框架结构强度折减系数值的合理性。结构分析主要采用静力弹塑性分析方法和动力时程分析方法。\n (3)最后得出结论，严格按我国抗震规范中的强度折减系数值所设计出来的钢结构，是偏于安全的，有一定的优化空间。

关键词：钢框架结构结构动力学抗震分析折减系数

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地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

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建筑科学与工程学报 2022年第3期39卷 55-63页

作者：钟炜辉张驰邱帅子谭政西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构... 详细信息

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。

关键词：钢框架结构抗连续倒塌拉丁超立方抽样失效构件拆除构件法抗连续倒塌可靠度

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燃气爆炸作用下钢框架结构动力响应与连续倒塌分析

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2012年第5期28卷 810-819页

作者：张秀华吴燕燕李玉顺东北林业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150040 宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211

目的提出钢框架结构的抗爆设计建议,为燃气爆炸减灾对策及钢结构抗爆设计提供参考依据.方法利用ANSYS/LS-DYNA动力分析软件,建立钢框架结构有限元模型,将已测定的爆炸冲击波超压换算后作用在钢框架结构上,分析钢框架结构上变形特点及不... 详细信息

目的提出钢框架结构的抗爆设计建议,为燃气爆炸减灾对策及钢结构抗爆设计提供参考依据.方法利用ANSYS/LS-DYNA动力分析软件,建立钢框架结构有限元模型,将已测定的爆炸冲击波超压换算后作用在钢框架结构上,分析钢框架结构上变形特点及不同形式钢框架的倒塌破坏模式.结果爆炸引起的结构的变形形态具有局部性和弱传递性.爆炸荷载直接作用的梁位移最大可达到0.218 m,而相邻框架梁最小位移只有0.004 m,相差几十倍.爆炸荷载作用在钢框架结构底层角部,峰值较小时框架梁与框架柱变形特征不同,峰值较大的爆炸荷载作用于3种不同形式的框架时结构连续倒塌形式不同.结论钢框架整体结构具有较好的抗爆性能,直接承受爆炸作用的梁柱会发生较大的塑性变形,远离爆炸源的结构构件变形较小;跨数越多,结构倒塌现象越轻;层数越多钢框架更易发生整体倒塌破坏.

关键词：钢框架结构燃气爆炸动力响应:连续倒塌数值分析

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考虑腐蚀作用的钢框架结构连续性倒塌分析

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土木与环境工程学报（中英文） 2023年第6期45卷 21-28页

作者：黄莺李嘉晨朱彦飞潘柳景泰杜树西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 西安建筑科技大学国家级土木工程虚拟仿真实验教学中心西安710055 西安建筑科技大学安德学院西安710055 西安建筑科技大学资源工程学院西安710055

为研究大气环境长期作用下钢框架结构的抗连续性倒塌性能,建立钢结构时变腐蚀模型预测构件截面面积和力学性能随服役时间的退化情况,并以一栋处于Ⅲ级大气腐蚀环境中的多层钢框架建筑为研究对象,在服役期内的不同阶段对其进行Pushdown... 详细信息

为研究大气环境长期作用下钢框架结构的抗连续性倒塌性能,建立钢结构时变腐蚀模型预测构件截面面积和力学性能随服役时间的退化情况,并以一栋处于Ⅲ级大气腐蚀环境中的多层钢框架建筑为研究对象,在服役期内的不同阶段对其进行Pushdown分析。将塑性荷载系数、极限荷载系数和最大竖向位移作为结构抗倒塌能力的评价指标,通过灵敏度分析得到不同材料参数对各指标的影响情况,并基于回归分析拟合评价指标随体积损失率的退化规律。结果表明:腐蚀会导致钢框架的承载力和延性发生退化,其中延性的劣化更加明显;承载力指标的退化主要归因于材料强度的降低和构件截面面积的减少,延性指标的退化主要与材料断裂应变的减小有关;评价指标与结构体积损失率之间有较强的线性关系,可基于此对其退化情况进行定性预测。

关键词：钢框架结构连续性倒塌大气腐蚀 Pushdown分析结构性能评估

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钢框架结构连续性倒塌概率分析

钢框架结构连续性倒塌概率分析

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作者：邢恒哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

1968年英国Ronan Point公寓发生连续性倒塌以来,连续性倒塌由于其低发生概率,但一旦发生将造成重大生命财产损失的特点引起了各国学者的广泛关注。随着近年来钢结构在建筑中的使用越来越广泛,防止钢结构建筑在偶然荷载下发生连续性倒塌... 详细信息

1968年英国Ronan Point公寓发生连续性倒塌以来,连续性倒塌由于其低发生概率,但一旦发生将造成重大生命财产损失的特点引起了各国学者的广泛关注。随着近年来钢结构在建筑中的使用越来越广泛,防止钢结构建筑在偶然荷载下发生连续性倒塌就有着十分重大的社会意义,但目前大多针对建筑结构连续倒塌的研究均基于确定性分析,鲜有提及结构本身和外荷载的不确定性对结构抗连续性倒塌性能的影响,针对这一问题,本文将通过数值模拟的方式对钢框架结构的抗连续性倒塌性能进行易损性分析。首先采用宏观建模方法,建立一带楼板空间钢框架子结构有限元数值模型,并利用试验数据对该模型从材料、节点、体系等多尺度进行系统化验证,以确保数值模型在具备高运算效率的同时,具有良好的可靠性和精确度。通过该宏观数值有限元模型讨论了荷载分布形式以及梁柱线刚度比对结构的抗倒塌性能影响,其次,进行了钢框架结构抗连续倒塌力学机制分析,找出对结构抗倒塌性能可能影响较大的参数,利用龙卷风图法对结构相关参数进行敏感性分析,分别绘制了集中荷载、均布荷载作用下各参数不确定性对结构性能影响的龙卷风图,确定了影响结构抗倒塌性能的最重要三个参数,即混凝土强度、钢梁高度以及楼板厚度。最后根据敏感性分析结果,采用改进的拉丁超立方采样（CLHS）的抽样方法建立随机有限元模型,参考建筑抗震中的“三水准”设计以及规范ASCE 41-13,定义了IO（Immediate Occupancy）、LS（Life Safety）、CP（Collapse Prevention）三种结构不同损伤程度极限状态,在中柱、边柱、角柱失效三个工况下,分别对应集中荷载和均布荷载对结构进行抗倒塌能力易损性分析,并绘制出相应的易损性曲线。

关键词：宏观数值模型连续性倒塌钢框架结构易损性分析

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钢框架结构延性节点塑性铰外移的机理研究

钢框架结构延性节点塑性铰外移的机理研究

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作者：赵广军大连理工大学

学位级别：硕士

随着超高层及大型建筑的逐步发展,钢结构以其轻质高强的特点而备受青睐。但是,在地震荷载作用下,钢结构的节点连接是最薄弱环节,钢材还没来得及发挥自己轻质高强的特点,结构已经发生了破坏。为此需要加强钢结构连接的强度,提高节点的延... 详细信息

随着超高层及大型建筑的逐步发展,钢结构以其轻质高强的特点而备受青睐。但是,在地震荷载作用下,钢结构的节点连接是最薄弱环节,钢材还没来得及发挥自己轻质高强的特点,结构已经发生了破坏。为此需要加强钢结构连接的强度,提高节点的延性性能。针对此问题已经有很多国内外学者提了多种延性节点类型,但是要选择一种合适的延性节点并给出相应的设计方法,就需要从延性提高的角度即塑性铰外移的本质出发进行相关剖析给出钢框架结构延性节点塑性铰外移的机理。论文开篇总结归纳了延性性能的相关定义与评价指标,进而通过理论推导得到了相应截面类型延性系数的理论计算公式,论述了结构滞回性能及耗能能力的相关概念及评价指标,确立了本文对于钢框架结构延性节点塑性铰外移机理研究的评价目标及方法。本文选用了腹板开孔式削弱型节点类型,用增量变刚度法对传统型钢框架结构模型和削弱型钢框架结构模型进行理论推导,对比两种结构的极限承载能力,和相应的破坏形式中塑性铰的位置,并给出了钢框架结构延性节点塑性铰外移的真正原因。根据理论推导结果,设计相关的试验方案,用实验验证理论推导的准确性。同时通过试验研究延性节点的相关性能,同样根据试验结果揭示了钢框架结构延性节点塑性铰外移的机理,也给出了延性节点类型的框架结构与传统型框架结构性能的区别。并且在试验方案设计中开展了关于框架结构试验中平面外失稳装置的相关研究,成功解决了结构平面外失稳问题。最后,本文通过试验和有限元结果对比来保证有限元计算的准确性,再用有限元计算手段研究削弱型节点钢框架结构模型与传统型钢框架结构模型的相关延性性能、滞回性能及耗能能力等。本文的研究成果为后续的钢框架结构延性节点类型设计和推广使用奠定了良好的基础。

关键词：钢框架结构延性节点塑性铰外移增量变刚度法机理研究

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