基于易损性理论的结构倒塌模式分析

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在某种局部破坏作用下所产生的后果是整个结构大范围的破坏,甚至是倒塌,则称结构是易损的。在地震作用下,结构的受力性能、杆件损坏和倒塌模式十分复杂。为使结构具有更高的鲁棒性,应控制结构倒塌模式为由于塑性变形过度发展导致的强度破坏,而不是突然地动力失稳。本文主要研究基于结构本身构形的易损性理论,通过分析结构的易损性和倒塌模式找到二者联系。完成的主要研究工作和成果如下:   一、介绍了基于结构本身构形的易损性理论,详细表述了易损性的定义、概念及分析过程。基本概念主要有结构环、结构簇和失效模式等。易损性分析包括集簇和解簇两部分。集簇过程表现了结构的组成层次,由基本的杆件按照一定的规则组成结构簇,直至形成整个结构。解簇过程是集簇的逆序,对集簇过程中各中间簇解簇得到失效杆件,其终止条件为结构成为机构,所有失效杆件组成一种失效模式。为了更详细直观的说明结构易损性分析的过程,本文列举了两个例子,并求得了各特征参数。   二、详细介绍了易损性分析的各特征参数。主要有连接能力、分离度、损坏需求和易损性指数等。这些概念构成了易损性理论的基础,是集簇解簇的准则,是表征结构构形的重要参数。   三、具体分析了几种桁架结构的易损性,详细表述了结构集簇解簇过程,得到了结构各种失效模式,验证了基于结构本身构形的易损性理论,为结构易损性分析提供了范例。通过分析结构在集中力作用下极限荷载与易损性分析特征参数,发现如果结构形式相同、集簇过程类似,那么随着连接能力的增大结构临界荷载增大。如果集簇过程差别很大,则连接能力与临界荷载没有必然联系。   四、分析了六角星型穹项的易损性及杆件在荷载作用下的应力,发现结构应力较大的杆件与易损性分析的失效杆件有对应关系,为结构易损性分析提供了新的思路,既直接计算应力较大杆件的易损性参数,找到各种失效模式,判断结构易损性。分析了在反应谱拟合人工波和ELCENTRO波作用下结构的失效模式,求得了极限峰值,探索了易损性特征参数与结构失效模式的关系。
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