【摘 要】
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当前,常规的结构设计能够基本保证结构在正常使用下的安全性,但建筑结构在完整的“服役生涯”中将一直受到爆炸、台风、火灾以及地震等极端荷载的威胁,并可能引发结构倒塌,结
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当前,常规的结构设计能够基本保证结构在正常使用下的安全性,但建筑结构在完整的“服役生涯”中将一直受到爆炸、台风、火灾以及地震等极端荷载的威胁,并可能引发结构倒塌,结构的安全问题仍面临严峻挑战。目前,国内外主要针对框架结构、剪力墙结构以及大跨度空间结构等进行了抗倒塌研究,而对巨型框架结构以及悬挂结构的抗倒塌研究相对较少,且缺乏对上部悬挂下部支承式巨型框架钢结构体系的抗倒塌研究。本文以中科院量子院1号科研楼A区上部悬挂下部支承式巨型框架钢结构为研究对象,基于Open Sees计算平台,采用拆除构件法和IDA方法研究了其抗连续倒塌和抗地震侧向增量倒塌性能,主要工作如下:(1)系统归纳了拆除构件法、构件重要性分析方法、荷载组合和倒塌破坏准则等连续倒塌分析基本理论,明确了适用本文上部悬挂下部支承式巨型框架钢结构的连续倒塌分析理论方法。介绍了增量倒塌分析基本理论,说明了增量动力分析(IDA)时地震波的选取与调幅准则,整理了IM、DM指标的选取方法,归纳了常用的倒塌准则,介绍了地震易损性、倒塌储备系数和年倒塌率的概念,明确了适用本文上部悬挂下部支承式巨型框架钢结构的增量倒塌分析理论方法。(2)利用Open Sees计算平台,采用合适的非线性材料本构和单元模型等建立了上部悬挂下部支承式巨型框架钢结构有限元模型。通过与Midas/gen计算的结构自振周期的对比以及与动力试验得到的位移和应变响应的对比,验证了该有限元模型的准确性和可靠性。(3)以应力为敏感性指标计算了桁架层构件的重要性系数。设置了4个桁架层重要构件失效工况、2个底层框架柱失效工况、6个吊柱失效工况和2个多根构件同时失效的极端工况,采用等效荷载瞬时卸载法来考虑动力效应,基于拆除构件法揭示了构件失效后结构的变形与内力响应规律,结合变形准则、强度准则评估了上部悬挂下部支承式巨型框架钢结构的抗连续倒塌能力,并提出了相应抗连续倒塌建议。(4)对结构进行了多遇、设防和罕遇地震下的弹塑性时程分析,分别以Sa(T1,5%)、PGA为IM指标,对结构进行了IDA分析,研究了结构的概率地震易损性,计算了结构的倒塌储备系数,进行了场地地震危险性分析,获得了结构的年倒塌率,评估了上部悬挂下部支承式巨型框架钢结构的抗地震侧向增量倒塌能力。
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