突發(fā)事故下結(jié)構(gòu)的破壞及魯棒性研究.pdf

1、重要的工程結(jié)構(gòu)，例如地區(qū)標志性建筑和核設(shè)施，如果遭到恐怖襲擊等突發(fā)事故作用后發(fā)生破壞，不僅會造成生命財產(chǎn)的重大損失，甚至還會有深遠的政治影響。尤其是2001年美國紐約世貿(mào)雙子大樓遭到恐怖襲擊以來，重要工程結(jié)構(gòu)的倒塌研究日益引起人們的關(guān)注。在結(jié)構(gòu)的諸多倒塌破壞形式中，連續(xù)性的倒塌是一種特殊的破壞形態(tài)，即結(jié)構(gòu)由于局部小的損傷或者某些構(gòu)件的缺失及傳力路徑的中斷，引起了結(jié)構(gòu)不成比例的大范圍倒塌甚至整體失去承載能力。實際上，造成連續(xù)性倒塌的突發(fā)事

2、故既可是自然界中的突發(fā)地震也可是人為蓄意攻擊（如爆炸），本文以這兩種極端荷載下結(jié)構(gòu)的破壞分析為基礎(chǔ)，從倒塌破壞的數(shù)值模擬技術(shù)、連續(xù)性倒塌的簡化分析方法、結(jié)構(gòu)魯棒性的定量評價及增強措施方面做了下列研究:
　　(1)在強地震作用下，為了更準確的模擬結(jié)構(gòu)的損傷演化，通過試驗確定了混凝土材料的初始損傷，修正了塑性損傷模型，對大體積混凝土結(jié)構(gòu)在強震下的動力反應(yīng)進行了研究，真實的再現(xiàn)了損傷的過程，證實了采用連續(xù)介質(zhì)假定分析結(jié)構(gòu)破壞過程的可行性

3、。針對倒塌過程中的剛體位移問題，以Arifiye橋的倒塌為背景，研究了其在近表地裂工況下的落梁破壞過程，結(jié)果表明橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能夠阻止結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌破壞。
　　(2)地震和爆炸雖均為突發(fā)事故，但地震對結(jié)構(gòu)造成的破壞是從薄弱層開始的，而爆炸下結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌一般是從關(guān)鍵構(gòu)件開始的，因此，對結(jié)構(gòu)在地面爆炸荷載下的響應(yīng)特點進行了研究，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的初始損傷具有瞬時性和局部性的特點，為倒塌分析中應(yīng)用構(gòu)件概念移除法的可行性提供了依據(jù)。以

4、此為基礎(chǔ)，提出了一種極端荷載下結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的拉格朗日歐拉耦合計算模型，通過算例研究說明了其應(yīng)用。
　　(3)對地下爆炸，建立了基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)的有限元法和無網(wǎng)格法的耦合計算模型，通過與經(jīng)驗公式的比較，驗證了方法的可行性，從而對地下爆炸荷載時結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)進行了研究。研究中，成功的模擬了介質(zhì)的碎片飛濺，克服了傳統(tǒng)的有限元方法由于網(wǎng)格的畸變引起的計算困難，并比較了地上爆炸和地下爆炸對結(jié)構(gòu)損傷的不同之處，得到了結(jié)構(gòu)振動環(huán)境的特點，為結(jié)構(gòu)應(yīng)對

5、突發(fā)事故的分析提供了有用的數(shù)據(jù)。
　　(4)在結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的簡化分析方面，根據(jù)結(jié)構(gòu)的能量耗散能力，研究了引起結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一維垂直型連續(xù)性倒塌時初始局部破壞位置的特點，建立了結(jié)構(gòu)單位高度能耗的估計方法。另外，針對底部全截面不對稱的初始破壞，建立了整體傾覆型倒塌的歐拉動力學(xué)描述方程。最后，提出了梁懸鏈作用階段的耗能估計方法，將高層建筑倒塌的能量判別準則與結(jié)構(gòu)的非線性動力分析相結(jié)合，用于了結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的近似估計。
　　(5)在結(jié)構(gòu)

6、的魯棒性定量評價方面，針對國際上關(guān)于結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌的應(yīng)用研究，總結(jié)并推薦了一些考慮結(jié)構(gòu)魯棒性的方法和提高結(jié)構(gòu)魯棒性的定性措施，研究了局部破壞的速度和位置變化對結(jié)構(gòu)動力性能的影響?；诮Y(jié)構(gòu)對局部破壞的敏感性分析，提出了結(jié)構(gòu)魯棒性的定量評價指標，給出了一個定性定量結(jié)合的可操作的提高結(jié)構(gòu)魯棒性的框架。
　　本文雖然是針對突發(fā)事故下結(jié)構(gòu)的破壞及魯棒性問題進行研究，但該研究成果不僅可以為設(shè)計人員對防止重要結(jié)構(gòu)不可預(yù)見的意外破壞提供一個有用