网架结构失效模式的判别准则与设计改进研究

徐州三华网架有限公司对网架结构在静力荷载和强震下的破坏模式进行了分析,表明网架结构在出现局部杆件破坏后,往往不能形成有效的备用荷载路径,使破坏模式呈连续倒塌特征,因而网架结构的抗连续倒塌能力较弱.根据分析,提出网架结构在静力以及强震下连续倒塌破坏的判断准则,网架结构静力荷载下的优化设计方法,以及基于网架结构二次防御能力的分析设计方法。

首先,我们回顾了连续倒塌研究的发展过程,介绍了国内外网架结构的连续倒塌事故。通过分析网架结构在静力极限荷载下的耗能机理和破坏模式,提出了静力下网架结构连续倒塌的判别准则,该准则反映了在静力荷载下,网架结构破坏过程中的整体变形、总变形能与破坏模式之间的联系,可以有效分析和判断网架结构的破坏模式,也可对网架结构的延性进行评价。研究研究了网架结构在强震下的失效机理,建立了网架结构在强震下连续倒塌的判别准则,该准则反映了强震下网架结构破坏发展过程中的整体变形和总变形能和破坏模式的联系,以分析和判断网架结构的破坏模式,并可对网架结构的延性进行评价。

结果表明,强震下网架结构的破坏可分为延性破坏和连续倒塌两种模式,延性破坏的网架结构,在破坏前塑性发展深入、承载力发展充分、位移预兆明显;而趋向连续倒塌的网架结构,破坏前塑性变形发展较浅、承载力发展不充分、位移预兆较小,破坏突然;在不同的地震波峰值下,网架结构破坏模式会在延性破坏和连续倒塌间相互转化。通过在计算模型的本构模型中引入损伤累积效应,对比网架结构分别在考虑损伤累积效应与不考虑的情况下强震时的破坏模式,表明损伤累积效应对于网架结构的破坏有一定影响。通过在网架结构的极限承载力分析中引入基于中部塑性铰的压杆模型,验证了杆件失稳会对网架结构极限承载力和破坏模式有显著影响,并基于对于网架结构的破坏模式的分析,提出了通过修改受压杆件计算长度系数,提高网架极限承载力的满应力优化方法。同时,在备用荷载路径方法的基础上,提出了适用于网架结构的二次防御能力分析方法,该法可有效地简化对于网架结构的抗连续倒塌能力的分析。