[发明专利]基于势能释放的结构鲁棒性衡量方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种结构鲁棒性衡量方法，用于土木工程结构设计。

背景技术

结构鲁棒性的含义包括：(1)结构在偶然损伤状况下保障主体安全的能力；(2)结构在局部损伤情况下，避免发生与此损伤不相称的后果的能力；(3)结构构件分布拓扑关系的稳健性。土木工程领域的结构物，从能量的角度看，构件和荷载储存了一定量的势能。当结构遭受损伤时，保守力得以做功，构件和荷载储存的势能转化为动能等其他形式的能量，即出现势能释放。从势能释放的观点来看，可以将结构鲁棒性定义为“结构在局部损伤情况下，避免释放的势能(后果)与此损伤不相称的能力”。

目前已有的结构鲁棒性衡量方法和评价体系主要是从结构损伤前后承载力差异或结构消能的角度来分析结构鲁棒性，缺乏从势能的角度衡量结构鲁棒性的方法。

发明内容

本发明是一种从结构受损(破坏)时势能释放的角度定量衡量结构鲁棒性的方法。方法定义的物理量包括：构件破坏引起的势能释放值E_PER是指移除某个或某些构件后，原结构与残余结构的势能差值。残余结构可以(但不局限于)通过概念移除法分析得到。构件储存的势能值E_PE是指构件自身所具有的势能与构件直接承担的荷载所具有的势能的总和。构件鲁棒性系数是指构件破坏引起的势能释放值与构件储存的势能的比值，即

Irobi=EPEREPE]]>

结构鲁棒性曲线是指依据某一构件破坏序列，逐个移除构件，计算所移除构件的势能存储量累计值和移除构件后重力势能释放值，以移除构件的势能存储量累计值与原结构所具有的势能总量之比为横坐标，以移除构件引起的重力势能释放值与原结构所具有的势能总量之比为纵坐标，绘制在平面直角坐标系中的曲线。结构鲁棒性特征值为：

Irob=Σr=0n[fr-yr]]]>

其中f_r为结构鲁棒性曲线中选定特征点r的纵坐标值，特征点r可以(但不局限于)取横坐标分别为0，10％，20％…90％，100％的点；

y_r为一次函数y＝x中对应特征点的纵坐标值。

方法中的“构件破坏序列”是指结构的构件被破坏的顺序。“概念移除法”是指假定将构件突然移除后，分析得到结构可能出现的破坏模式，并确定残余结构的方法。

本方法用构件破坏引起的势能释放值来衡量构件破坏所造成的后果。用构件鲁棒性系数衡量构件的鲁棒性。如果远大于1，说明该构件破坏导致的结构释放的势能大于设计时该构件及其直接承担的荷载所储存的势能，即该构件的破坏所导致的后果与初始损伤不相称。此时，可以采用“关键构件加强法”，防止该构件被破坏；或者进行结构体系的优化设计，降低该构件的鲁棒性系数如果略大于1或等于1，说明该构件破坏导致的结构释放的势能和设计时该构件所储存的势能之间的差异不大，即该构件的破坏所导致的后果与初始损伤相称。

本方法用结构鲁棒性曲线和结构鲁棒性特征值衡量结构的鲁棒性。结构鲁棒性曲线越接近一次函数y＝x，说明结构在局部损伤情况下的势能释放量与损伤程度相匹配，意味着结构的鲁棒性越好，反之亦然。结构的鲁棒性特征值越大，说明结构的鲁棒性越差。当结构的鲁棒性特征值接近0的时候，说明结构的鲁棒性较好。

该方法对不同偶然事件和不同的结构类型具有广泛的适用性，可以直接用于结构设计方案比选和结构设计优化。

具体实施方式