基于構件失效的結構魯棒性分析.pdf

1、結構魯棒性主要體現(xiàn)了突發(fā)事件作用下結構系統(tǒng)產生局部破壞時保持整個系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的能力，作為結構抵御垮塌能力的綜合表現(xiàn)。本文在應變能基礎上對結構魯棒性做出評價。為合理評估結構魯棒性，本文首先基于結構桿件的應變能在整體能量流系統(tǒng)中所占的比重和結構桿件失效后對結構系統(tǒng)面積的影響，建立構件重要性的評價指標，在此基礎上得出結構各種可能出現(xiàn)的初始破壞模型；然后通過結構系統(tǒng)響應敏感性分析，對損傷模型的冗余度進行分析，并以損傷模型的冗余度最小值當做

2、結構魯棒性之值。
　　本研究主要內容包括：⑴首先介紹了課題的研究背景，闡述了國內外許多關于連續(xù)倒塌導致不成比例破壞的事故。然后在課題研究背景的基礎上，簡明闡述國內外對抗連續(xù)倒塌、結構易損性、結構冗余度及結構魯棒性的研究現(xiàn)狀。最后基于課題背景以及學者們的研究現(xiàn)狀，闡述了本課題的研究內容、研究目標和研究方法的分析結構圖。⑵在總結冗余度的基本原理以及其對魯棒性影響的基礎上，給出了基于結構冗余度和構件重要性的魯棒性評估方法。首先基于構件的

3、應變能在結構整體能量流分布中的貢獻，計算出失效構件在整個結構系統(tǒng)中的能量貢獻以及失效構件的影響面積；從而求得失效構件的重要性系數。根據各構件的重要性指標將重要構件從結構中移除從而形成結構的最不利初始破壞模型。然后基于響應敏感性分析，計算出各初始破壞模型的冗余度，并將各初始破壞模型的冗余度的最小值作為魯棒性的評價值。⑶以一平面桁架為例，對其在豎向荷載作用下的魯棒性進行評估。平面桁架的跨度為24m，高度為8m；節(jié)點與支座均為鉸接點，對該桁架

4、結構在豎向荷載作用下的冗余性能進行了分析。由計算結果可知，水平桿件中桿件的重要性系數最大為1.0，其對應的冗余度值為193.0，重要性系數最小為0.007，其對應的冗余度值為488.268。豎向桿件中桿件的重要性系數最大為0.083，其對應的冗余度值為202.612，重要性系數最小為0.004，其對應的冗余度值為493.14。斜向桿件中桿件的重要性系數最大為0.21，其對應的冗余度值為229.44，重要性系數最小為0.02，其對應的冗余

5、度值為450.58。即重要性系數較大的桿件失效所形成的結構損傷模型的冗余度較小。⑷將提出的結構魯棒性評估方法應用于網殼結構，探索該評估方法在大跨度空間網殼結構魯棒性中的可行性。對星形網殼在豎向荷載作用下的魯棒性作出了分析。由計算結果可知，對于單構件失效，在1.0KN節(jié)點力作用下，星形網殼中構件的重要性系數最大為0.949，其對應的冗余度值為155.344，重要性系數最小為0.093，其對應的冗余度值為250.816；在1.5KN節(jié)點力作

6、用下，星形網殼中構件的重要性系數最大為0.949，其對應的冗余度值為102.626，重要性系數最小為0.092，其對應的冗余度值為166.848；在2.0KN節(jié)點力作用下，星形網殼中構件的重要性系數最大為0.949，其對應的冗余度值為76.631，重要性系數最小為0.091，其對應的冗余度值為125.072；即豎向力節(jié)點力越大，結構冗余度越小，而豎向荷載對構件重要性系數影響較小。對于雙構件失效，隨構件失效數量的增加或破壞范圍的擴大，結構