[发明专利]结构抗连续倒塌关键构件评估方法

说明书

本申请涉及一种结构抗连续倒塌关键构件评估方法，属于适用于特定领域数据处理方法技术领域。建立结构有限元模型，获得结构刚度矩阵；对刚度矩阵进行分解，将其分解为自由度关系矩阵和刚度参数对角矩阵的乘积形式；根据刚度矩阵和柔度矩阵互逆的关系，获得结构柔度矩阵的分解式；设结构中各构件出现严重程度相同的损伤量为，依次计算各构件所对应的柔度改变量；依次计算结构在所承担的荷载向量作用下各构件所对应的变形能改变量；依次计算各构件所对应的重要性系数并排序，即可确定为关键构件。将本申请应用于结构健康监测，可对关键构件进行预先挑选，避免连续倒塌事情的发生，具有计算简洁、操作便捷等优点。

技术领域

本申请涉及一种结构抗连续倒塌关键构件评估方法，属于适用于特定领域数据处理方法技术领域。

背景技术

结构的连续倒塌，如文献叶列平等发表的《混凝土框架结构的抗连续性倒塌设计方法》(建筑结构，2010，40(2)，p1-7)以及郑阳等发表的《基于悬链线理论的钢结构抗连续倒塌分析》(钢结构，2012，27(9)，p11-15)介绍，是指由于突发灾害造成结构中某个构件损坏并导致整个建筑物倒塌的现象。结构的连续倒塌往往导致出现严重的生命和财产损失。因此，在建筑结构设计中，需要预先对结构中的各个构件进行重要性评估(郑阳等发表的《基于Neumann级数的结构关键构件能量评价方法》(结构工程师，2012，28(4)，p63-68))，以确定哪些构件属于承载关键构件，对这些关键构件予以局部加强，这样就可以从设计上避免突发灾害下出现连续倒塌事故。虽然已有学者提出一些关键构件评估方法，但这些方法往往计算比较复杂，且缺乏统一的重要性评判标准。

基于此，做出本申请。

发明内容

针对现有连续倒塌关键构件的评估技术中所存在的上述缺陷，本申请提供一种基于柔度分解的结构抗连续倒塌关键构件评估方法，和已有方法相比，所提方法计算更加简单快捷。

为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：

结构抗连续倒塌关键构件评估方法，包括以下步骤：(1)建立结构有限元模型，获得结构刚度矩阵K；(2)对刚度矩阵K进行分解，将其分解为自由度关系矩阵X和刚度参数对角矩阵G的乘积形式，即K＝XGX^T；(3)根据刚度矩阵和柔度矩阵互逆的关系，获得结构柔度矩阵的分解式F＝YRY^T；(4)假设结构中各构件出现严重程度相同的损伤量Λ_j，依次计算各构件所对应的柔度改变量△F_j＝YRΛ_jY^T；(5)依次计算结构在所承担的荷载向量l作用下各构件所对应的变形能改变量△γ_j，即△γ_j＝l^T△F_jl；(6)依次计算各构件所对应的重要性系数其中△γ_max为所有△γ_j中的最大值；(7)把z_i按从大到小排序，大于等于某个预先设定的阈值的构件即可确定为关键构件。

进一步的，作为优选：

所述的初始结构有限元模型，可以由常用的有限元软件来建立获得，如Ansys和Matlab等软件，这些软件均可由市场购买得到；初始结构刚度矩阵K，由各单元的刚度矩阵K_j求和得到：

其中N是结构有限元模型中的单元总数。

所述的对刚度矩阵K进行分解的过程为：首先对每个单元的刚度矩阵K_j进行特征值分解，即：

其中是K_j的特征向量，是K_j的非零特征值，又称为结构的刚度参数，m是非零特征值的个数；然后将方程(2)代入(1)并重新组合可以得到：