[發(fā)明專利]一種基于懸鏈線的豎向構件安全性分析方法

有效

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• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104091037A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 蔣瓅;胡凱;瞿革
• 申請（專利權）人: 中船第九設計研究院工程有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所 31215
• 代理人: 徐筱梅

技術領域

本發(fā)明涉及結構抗倒塌設計技術領域，具體地說是一種基于懸鏈線的豎向構件安全性分析方法。

背景技術

結構的安全性問題是結構設計的首要問題，而建筑物的倒塌破壞一直是造成人員傷亡和設備損毀的主要根源。隨著城市現(xiàn)代化程度的加深，高層辦公樓、地標建筑越來越多，其安全程度及抗倒塌能力也備受重視。而在諸多的地震震害調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，高層建筑結構在大震作用下破壞受損乃至倒塌的主要表現(xiàn)是柱、墻的脆性剪切破壞或壓屈破壞。而豎向構件一旦發(fā)生破壞，很有可能造成結構的傾覆，最終導致其整體性的倒塌，從而形成較大的生命財產(chǎn)損失，因此豎向構件的安全冗余度是評判高層結構抗倒塌能力的關鍵。結構豎向構件產(chǎn)生局部損傷失效后，在內(nèi)力重分布的過程中，隨著豎向位移的增大，水平構件在中柱遠端開始由承受軸向壓力轉化為軸向拉力，即轉化為“懸鏈線”機制，從而進一步承擔上部結構傳來的荷載。而在水平構件承受的豎向荷載逐漸增大的過程中，失效構件鄰近的豎向構件所承受的豎向荷載也不斷加大，一旦鄰近豎向構件屈服然后至失效，可能會導致豎向承重構件的進一步破壞，倒塌范圍也會繼續(xù)增大。所以，水平構件的懸鏈線機制的開展情況可能會對豎向構件的安全造成影響。

隨著結構抗倒塌設計概念的推進，結構的整體性、關鍵構件的強度均被認為是結構抗倒塌設計的關鍵，且多個試驗研究發(fā)現(xiàn)，結構倒塌過程中一般伴隨水平構件的懸鏈線機制的轉變，作為關鍵因素的構件延性也越發(fā)受到重視。然而，水平構件延性的增強，可能會造成豎向構件安全性的不足，導致結構倒塌范圍的進一步擴大。

現(xiàn)有技術對結構抗倒塌能力的評估主要是針對結構整體，而對于結構特別是經(jīng)過抗倒塌設計的結構，其豎向構件及水平構件的相對強度及安全性是否合理沒有得到重視和考慮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足而設計的一種基于懸鏈線的豎向構件安全性分析方法，采用模擬高層結構在倒塌過程中的大變形、大位移及相互碰撞，為高層結構的倒塌形式提供直觀動態(tài)的數(shù)值模擬，得到結構整體的抗倒塌能力及導致結構發(fā)生倒塌的加載情況，分析水平構件的懸鏈線機制，為關鍵構件進行抗連續(xù)倒塌設計提供充分、可靠參數(shù)，得到直觀、定量和較為準確的構件安全冗余度，結構采用簡化模型，分析過程簡單，工作效率高，尤其適用于高層結構抗倒塌設計的安全性分析。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種基于懸鏈線的豎向構件安全性分析方法，其特點是該方法利用精細化模型與結構整體模型耦合得到的數(shù)值模型，為高層結構的倒塌形式提供直觀動態(tài)的數(shù)值模擬，分析某偶發(fā)及災害工況下構件拆除處的水平構件懸鏈線機制的開展情況進行抗倒塌設計，豎向構件的安全性分析及加強設計按下述步驟進行：?

（1）、確定薄弱部位及關鍵豎向構件

?根據(jù)高層建筑的結構常規(guī)設計，采用通用結構有限元軟件建立簡化的空間桿系模型，利用桿系模型對高層建筑的結構常規(guī)設計進行整體分析，確定結構的薄弱部位，并根據(jù)結構體系確定關鍵豎向構件。

（2）、建立數(shù)值模型

根據(jù)高層建筑的結構常規(guī)設計，采用顯式有限元軟件中的梁、殼單元建立結構整體模型，然后拆除上述確定的某一處薄弱部位或關鍵豎向構件，采用顯式有限元軟件中的實體單元或纖維單元對拆除部位鄰近構件建立精細化模型，將精細化模型與結構整體模型以共用節(jié)點的方式進行耦合得到數(shù)值模型。

（3）、數(shù)值模型的倒塌模擬

對上述建立的數(shù)值模型按規(guī)范加載正常使用荷載、偶發(fā)荷載和災難荷載，并在此基礎上對偶發(fā)荷載或災難荷載進行逐級加載，直至結構發(fā)生倒塌；?

（4）、計算抗倒塌儲備強度比

計算倒塌時刻的某偶發(fā)荷載或災難荷載的加載值與初始值的比值，得到結構在某偶發(fā)荷載或災難荷載下的抗倒塌儲備強度比值，根據(jù)強度比值判斷關鍵豎向構件是否需要進行抗倒塌設計，如需要則進入懸鏈線機制的分析步驟，不需要則結束構件的安全性分析，即結構不作調(diào)整。?

（5）、懸鏈線機制的分析

對需要進行抗倒塌設計的關鍵豎向構件，則對拆除構件處水平構件的變形、水平構件受壓部分的單元失效情況以及水平構件受壓區(qū)單元的應力逐一進行分析，得到該結構在倒塌過程中水平構件由拱機制轉變?yōu)閼益溇€機制的程度，以判斷水平構件是否出現(xiàn)懸鏈線。?

（6）、水平構件未出現(xiàn)懸鏈線的加強設計