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连续倒塌往往造成严重的人员伤亡和财产损失,特别对大型的公共建筑,一旦发生连续倒塌将造成重大损失。索穹顶结构具有自重轻、施工速度快、跨度大、抗震性能好、造型美观等特点,被广泛应用于大型公共建筑中,但这类结构冗余度低,关键构件的破坏可能会引起结构的连续倒塌。 本文采用有限元软件LS-DYNA,建立了索穹顶结构考虑节点的多尺度模型;基于改变传力路径法,对索穹顶结构进行了考虑节点的连续倒塌分析,模拟结构在局部破坏下的动力响应及节点的破坏情况,确定结构的关键构件;最后对某实际工程索穹顶结构进行了考虑节点的抗连续倒塌性能评估,判断结构在局部破坏后连续倒塌的可能性,并对其进行参数分析,提出提高索穹顶结构抗连续倒塌能力的措施。主要研究工作及成果如下: (1)节点设计是结构设计的关键问题,节点的设计必须符合力学准则和构造要求,同时节点本身应有足够的强度。基于以上基本要求,本文设计了索穹顶结构撑杆上部节点和下部节点各一种;研究了多尺度数值模型中不同尺度单元界面间的连接方法,建立了考虑节点的索穹顶结构多尺度模型。 (2)考虑节点的索穹顶结构连续倒塌分析表明:外层环索是结构的关键构件,外层环索的破坏可能引起结构连续倒塌,节点破坏;单根其他杆件的破坏不会引起结构连续倒塌,节点未发生破坏。在计算模型中确定少量实体节点后,再增加实体节点,结构的倒塌破坏模式相差不大;1个外层撑杆上节点采用实体建模和1个外层撑杆下节点采用实体建模的结构倒塌破坏模式相差不大。 (3)某实际工程索穹顶结构考虑节点的抗连续倒塌性能评估表明:环索失效后,结构发生连续倒塌的潜在性很高,节点发生破坏,环索是采用AP法进行防连续倒塌设计时,需拆除的关键构件;1根或2根其它杆件失效后,结构发生连续倒塌的潜在性较低;对于同类型杆件,杆件失效位置对结构抗连续倒塌性能的影响由内到外依次增大;不同杆件对结构抗连续倒塌性能的重要程度由大到小依次为:环索、斜索、脊索、撑杆;内拉环和外压环杆件对结构抗连续倒塌性能影响不大。 (4)参数分析表明:拉索预应力对索穹顶结构抗连续倒塌性能影响很小;增大撑杆或内拉环截面尺寸在一定程度上可以提高索穹顶结构抗连续倒塌性能。