[发明专利]一种基于悬链线的竖向构件安全性分析方法

摘要

本发明公开了一种基于悬链线的竖向构件安全性分析方法，其特点是该方法利用精细化模型与结构整体模型耦合得到的数值模型，为高层结构的倒塌形式提供直观动态的数值模拟，分析某偶发工况及灾害工况下构件拆除处的水平构件悬链线机制的开展情况进行抗连续倒塌设计。本发明与现有技术相比具有结构分析过程简单，工作效率高，为关键构件进行抗倒塌设计提供了充分、可靠参数，得到直观、定量和较为准确的构件安全冗余度，尤其适用于高层结构抗倒塌设计的安全性分析。

主权项

一种基于悬链线的竖向构件安全性分析方法，其特征在于该方法利用精细化模型与结构整体模型耦合得到的数值模型，为高层结构的倒塌形式提供直观动态的数值模拟，分析某偶发及灾害工况下构件拆除处的水平构件悬链线机制的开展情况进行抗倒塌设计，竖向构件的安全性分析及加强设计按下述步骤进行： （1）、确定薄弱部位及关键竖向构件 根据高层建筑的结构常规设计，采用通用结构有限元软件建立简化的空间杆系模型，利用杆系模型对高层建筑的结构常规设计进行整体分析，确定结构的薄弱部位，并根据结构体系确定关键竖向构件；（2）、建立数值模型根据高层建筑的结构常规设计，采用显式有限元软件中的梁、壳单元建立结构整体模型，然后拆除上述确定的某一处薄弱部位或关键竖向构件，采用显式有限元软件中的实体单元或纤维单元对拆除部位邻近构件建立精细化模型，将精细化模型与结构整体模型以共用节点的方式进行耦合得到数值模型； （3）、数值模型的倒塌模拟对上述建立的数值模型按规范加载正常使用荷载、偶发荷载和灾难荷载，并在此基础上对偶发荷载或灾难荷载进行逐级加载，直至结构发生倒塌； （4）、计算抗倒塌储备强度比计算倒塌时刻的某偶发荷载或灾难荷载的加载值与初始值的比值，得到结构在某偶发荷载或灾难荷载下的抗倒塌储备强度比值，根据强度比值判断关键竖向构件是否需要进行抗倒塌设计，如需要则进入悬链线机制的分析步骤，不需要则结束构件的安全性分析，即结构不作调整； （5）、悬链线机制的分析对需要进行抗倒塌设计的关键竖向构件，则对拆除构件处水平构件的变形、水平构件受压部分的单元失效情况以及水平构件受压区单元的应力逐一进行分析，得到该结构在倒塌过程中水平构件由拱机制转变为悬链线机制的程度，以判断水平构件是否出现悬链线； （6）、水平构件未出现悬链线的加强设计如水平构件未出现悬链线，则说明拆除构件临近竖向构件的抗倒塌安全性不受水平构件受力情况的影响，当加载达到结构抗倒塌储备强度比值时，拆除竖向构件的破坏可能会导致结构整体倾覆倒塌，而对于拆除处的竖向构件，应根据目标的结构抗倒塌储备强度比值进行构件的加强设计，即结构布置需要调整；（7）、水平构件出现悬链线的加强设计如水平构件出现悬链线，则说明拆除构件处的水平构件在内力重分布后开始承受上部结构传递的荷载，当拆除构件相邻竖向构件开始退出工作时，拆除构件处的水平构件仍与周边构件保持连接，则说明水平构件的安全性大于竖向构件，由于水平构件的拉结作用，结构倒塌的范围可能会进一步开展，应对结构的竖向构件进行加强设计，即结构布置需要调整；若竖向构件开始退出工作前，水平构件已与周围构件发生脱离，则说明此处竖向构件的安全性高于水平构件，关键构件可不进行加强设计，即结构布置不用调整；（8）、加强设计的安全性检验根据上述关键构件的加强设计所调整的内容对数值模型作相应的修改，将修改后的数值模型重复上述（3）~（7）步骤进行加强设计的安全性检验，直到结构布置不再调整为止，即结构的抗倒塌安全性满足预期的设计要求。