高层钢框架结构强震损伤评估与抗倒塌设计

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地震损伤是破坏结构使用功能和导致结构倒塌的主要原因。量化地震损伤性能,通过损伤分析的方法来评估结构抗震能力和进行抗震设计是未来结构地震分析的发展方向之一。将结构的性能目标量化为损伤指标,这样便能非常直观的对结构的抗震性能作出评估。本文分别以单参数和双参数损伤模型对地震作用下结构和构件的性能进行了损伤评估,并进行了强震作用下钢框架结构抗倒塌设计。主要内容包括:(1)在大量查阅国内外文献的基础上,对现有的单参数损伤模型和双参数损伤模型的优缺点、适用范围及倒塌分析方法进行了详细的阐述;(2)从单参数损伤模型的角度对一个8层钢框架支撑结构进行了强震倒塌性能评估,通过对倒塌过程的真实呈现研究了不同构件的损伤发展过程及失效机制:(3)建立了材料弹塑性损伤本构模型,并对LS.DYNA进行了二次开发,考虑损伤累积效应对结构强度和刚度的影响,对8层钢框架支撑结构进行了非线性分析,并对引入损伤模型前后结构和构件的损伤指标进行了对比;(4)针对单参数损伤模型的不足,在现有的双参数模型的基础上提出基于等效塑性应变和累积比能的损伤模型,对一9层benchmark模型结构进行了不同地震作用下的损伤分析,本文提出的损伤模型能够连续化的计算结构损伤指标,描述结构的整个倒塌破坏过程;(5)采用拉结强度法进行了强震作用下钢框架结构的抗倒塌设计,利用本文提出的双参数模型对设计前后的结构和构件的损伤进行评估,验证了设计方法的有效性。
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