考虑楼板作用的钢框架连续倒塌研究

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1968年英国Ronan Point公寓因煤气爆炸导致结构发生连续倒塌,首次引起国内外学者对结构连续倒塌问题的关注,并迄今开展了四十多年的相关研究。钢框架的抗连续倒塌性能研究已经较为完善,但是分析中往往不能正确考虑楼板的贡献,主要原因是较难分析楼板空间组合梁效应以及受拉薄膜效应,且实体楼板模型计算成本过高。本文基于ABAQUS/Explicit模块数值分析了楼板对空间及平面钢框架抗连续倒塌性能的影响,提出了带楼板平面钢框架的梁单元简化模型,研究内容如下:  在ABAQUS/Standard模块中以实体单元模拟楼板进行带楼板钢框架节点的有限元分析,并与已有的试验数据进行对比,其结果作为ABAQUS/Explicit模块中以分层壳模拟楼板进行有限元分析的对比基础。论证了在ABAQUS/Explicit模块中以分层壳模型模拟钢筋混凝土楼板准确性及优越性,为本文后续以此次方法进行带楼板钢框架抗连续倒塌分析奠定基础。  在已有的空间钢框架试验基础上,考虑楼板贡献进行有限元拟静力加载及倒塌分析。分析了楼板在钢框架大变形下受拉薄膜效应的开展及其对框架竖向承载能力的贡献,探讨影响这一效应的主要因素。  通过模拟抽柱后结构的动力响应,考察了不同楼板参数及不同抽柱位置情况下楼板对空间钢框架抗连续倒塌性能影响,揭示了楼板对失效柱位置的拉结作用随着失效点位置周围楼板完整程度的提高而增大。  分别考虑了钢材与混凝土材料应变率效应对结构抗连续倒塌性能的影响,强调了在分析由于汽车撞击、爆炸等原因引起的连续倒塌时,应采用相应的考虑应变率效应的材料本构的重要性。  选取了合适的节点机械模型、楼板模型以及楼板与钢梁钢柱之间连接关系将带楼板的平面钢框架模型以梁单元模型简化,提高了运算效率,为多高层钢结构抗连续倒塌分析提供了一种较为精确且节约计算成本的方法。同时论证了平面钢框架抗连续倒塌分析中楼板有效宽度的选取对结果影响不大,一般取《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中规定的be即可。  本文以分层壳模型在钢框架抗连续倒塌分析中引入楼板作用,分析了楼板在钢框架抗连续倒塌分析中的作用,并将楼板以梁的形式引入到平面框架的梁—弹簧模型中,对工程结构抗连续倒塌的分析与设计有一定的参考价值。
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