[发明专利]一种结构柱遭遇冲击荷载后的损伤评估方法

说明书

本发明公开了一种结构柱遭遇冲击荷载后的损伤评估方法，首先通过定性和定量分析来选取结构柱的损伤评估参数，再建立不同破坏模式下对应的损伤评估指标计算模型，并量化形成统一的损伤评估等级界限，然后以损伤评估参数为横纵坐标，拟合绘制损伤评估等级界限处的等值线作为损伤评估曲线，最后根据损伤评估参数组合点与损伤评估曲线的位置关系评估结构柱遭遇冲击荷载后的损伤程度。本发明适用于所有类型结构柱，具有简便通用、快速精确、易于推广等特点，可为结构抗冲击设计和防连续倒塌设计提供有力依据。

技术领域

本发明属于结构工程防灾减灾技术领域，具体涉及一种结构柱遭遇冲击荷载后的损伤评估方法的设计。

背景技术

结构柱作为建筑物的重要承重构件，在正常使用阶段除了要承受上部结构传来的竖向荷载，往往还会受到侧向冲击荷载的威胁，比如汽车撞击底层建筑结构柱、飞行物撞击高层建筑结构柱、高铁列车/火车撞击站房结构柱、滚石撞击临山建筑结构柱等，此类事故/灾害一旦发生，结构柱将会受到不同程度的损伤甚至破坏失效，这将严重危害人们的生命和财产安全，同时产生恶劣的社会舆论。为了提高建筑结构的抗冲击性能，在设计前首先需要明确结构柱在遭遇冲击荷载后的损伤程度，然后才可以有依据地进行抗冲击设计和防连续倒塌设计。由此可见，建立一种能够快速判定冲击荷载作用下结构柱损伤程度的方法对确保建筑结构的安全可靠尤为重要。

目前有关结构柱的损伤评估方法多集中于地震和爆炸领域，而在冲击领域中对结构柱损伤评估的研究还比较薄弱。在机理层面，主要是对结构柱遭遇冲击后的损伤演化规律和累积损伤程度进行研究；在理论层面，一般是通过分析不同参数下结构柱的冲击动力响应来定性描述损伤程度；在试验层面，通过对冲击体和结构柱的简化模型进行冲击试验来真实反映冲击过程和损伤情况。这些研究虽然促进或形成了相应的损伤评估方法，但也存在一些不足：(1)现有损伤评估方法仅适用于单一类型的结构柱(如钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、钢结构柱等)，没有形成通用的损伤评估方法；(2)有关损伤评估参数的选取，通常是根据结构柱的动力响应进行确定，各冲击参数对结构柱损伤程度的影响缺乏数理论证；(3)损伤评估准则通常是根据单一破坏模式建立，损伤评估指标难以代表不同破坏模式下的损伤程度，并且没有形成统一的损伤评估等级。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中没有通用的损伤评估方法，各冲击参数对结构柱的损伤程度缺乏数理论证，并且没有建立通用的损伤评估准则以及没有形成统一的损伤评估等级的问题，提出了一种结构柱遭遇冲击荷载后的损伤评估方法。

本发明的技术方案为：一种结构柱遭遇冲击荷载后的损伤评估方法，包括以下步骤：

S1、在静力设计的基础上通过定性分析得到符合实际冲击工况的影响参数。

S2、通过敏感性分析定量选取对结构柱损伤程度影响最大的两个影响参数p和q作为损伤评估参数。

S3、根据不同的结构柱破坏模式，建立对应的损伤评估指标计算模型，并量化形成统一的损伤评估等级界限。

S4、将损伤评估参数p和q分别作为横纵坐标，拟合绘制损伤评估等级界限处的等值线，得到损伤评估曲线。

S5、根据损伤评估参数p和q具体取值组合点与损伤评估曲线的位置关系，判定结构柱遭遇冲击荷载后的损伤程度是否达标，若是则结束评估，否则重新进行静力设计后返回步骤S1。

进一步地，步骤S2包括以下分步骤：

S21、对特定结构柱赋予一个典型冲击工况作为基准工况，计算得到该结构柱的最大挠度，并将其作为基准挠度δ_s。