[发明专利]一种爆炸场景下钢结构建筑倒塌评估预测方法

说明书

本发明提供了一种爆炸场景下钢结构建筑倒塌评估预测方法，包括如下步骤：S1、确定爆炸下钢结构倒塌分析时，考虑损伤的梁、板构件的范围；S2、根据爆炸下梁板子结构抗倒塌能力折减系数理论计算公式，结合抗力等效原则，得出爆炸场景下钢结构梁、板损伤模拟方法；S3、建立钢结构连续倒塌分析模型，评估结构的抗连续倒塌性能。本发明所述的爆炸场景下钢结构建筑倒塌评估预测方法能相对准确且高效的评估预测钢结构建筑在爆炸荷载作用下抗连续倒塌性能，为工程实际中的建筑抗倒塌性能的评估、改造提升提供技术支撑。

技术领域

本发明属于建筑物倒塌评估预测技术领域，尤其是涉及一种爆炸场景下钢结构建筑倒塌评估预测方法。

背景技术

高层、超高层建筑常采用钢结构作为主体结构，但此类钢结构建筑往往集多种功能为一体，人员流动性大，一旦发生连续倒塌破坏，将造成重大的人员伤亡及经济损失。爆炸是造成建筑结构发生连续倒塌的重要原因之一，爆炸荷载作用下建筑结构的连续倒塌是一个非常复杂的非线性过程，当前研究主要是采用替代传力路径法来分析评估建筑结构的抗倒塌性能，该方法的优点是仅分析已移除承重构件的剩余结构的行为响应，适用性较广，但由于该方法不能反应爆炸荷载与结构间的相互作用及对移除柱周围构件的影响，其得到的结果可能与实际情况有所差别，偏于危险。直接模拟法虽能考虑真实爆炸荷载与结构间的作用过程，但需要建立详细的炸药、空气和结构模型，计算效率低且对计算机要求高，不适用于工程实际。因此，有必要提出考虑爆炸与结构间相互作用的钢结构连续倒塌评估预测方法，准确且相对高效的对钢结构建筑的抗倒塌性能进行评估。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有替代传力路径法和直接模拟法在钢结构建筑抗连续倒塌性能评估时的不足，本发明旨在提出一种爆炸场景下钢结构建筑倒塌评估预测方法，以解决目前倒塌分析常用的替代传力路径法无法反映爆炸荷载与建筑结构间的相互作用过程，使得其倒塌评估结果与实际情况有一定差异，准确度有待提高，直接模拟法需要建立复杂的计算模型，耗费大量的计算资源，效率低、不适用于工程实际等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种爆炸场景下钢结构建筑倒塌评估预测方法，包括如下步骤：

S1、确定爆炸下钢结构倒塌分析时，考虑损伤的梁、板构件的范围；

S2、根据爆炸下梁板子结构抗倒塌能力折减系数理论计算公式，结合抗力等效原则，得出爆炸场景下钢结构梁、板损伤模拟方法；

S3、建立钢结构连续倒塌分析模型，评估结构的抗连续倒塌性能。

进一步的，步骤S1的具体方法如下：

确定钢结构中爆炸场景下的失效柱，与失效柱相连接的梁、板构件均属于需要考虑损伤的构件范围内。

进一步的，步骤S2的具体方法如下：

创建框架局部分析模型，利用理论公式计算出爆炸下梁板子结构的抗力折减系数，利用计算出的抗力折减系数对局部分析模型中材料的强度和弹性模量参数进行折减，进而对局部分析模型进行非线性静力分析，得到局部分析模型结构的抗力曲线，并与未进行参数折减的局部分析模型非线性静力分析结果进行对比，得到宏观模型的抗力折减系数，通过与理论公式计算的折减系数进行比较，判断出需要进行材料折减系数修正的板或板与梁构件以及修正范围，并通过模拟计算得到折减系数的具体修正方法及计算式，建立基于材料参数折减与折减系数修正的爆炸场景下框架梁板损伤简化模拟方法。

进一步的，利用LS-DYNA显式动力有限元分析软件创建框架局部分析模型，其中，钢梁、钢柱采用beam梁单元模拟，钢筋混凝土板采用shell壳单元模拟。

进一步的，步骤S3中，利用LS-DYNA显式动力有限元分析软件，结合多尺度的建模方法，建立钢结构连续倒塌分析模型；