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1、分类号：T U 3 9 3 3 U D C ：6 2 4 题目 IS2 F ，单元失效并自动从计算模型 中删除。材料的失效应变与单元的尺寸及应变率等因素有关，目前关于其取值尚 无定论，本文暂取1 进行参数分析。 索单元材料术M A TC A B L ED I S C R E T EB E M 具有只拉不压的单元特性， 同时可设置预张力以便在结构内形成预应力，但目前只能用于线性或非线性的弹 性本构。枣M 幔C A B L ED I S C R E T EB E A M d 的主要参数有密度、模量( 或刚度) 、 非线性弹性材料的本构曲线、预张力等。本文中模拟张弦结构钢索超张拉是通过 对索单元施加
2、偏置量变实现的。 L I N K l 6 7 的初始力可表示为： ，= K m a 】【 址，o ) 其中，K 和三分别由下式给出： K _ E ( 初始长度一偏置量) 越= 当前长度一( 初始长度一偏置量) 。 2 3 5 重启动 ( 2 3 ) 重启动意味着执行一个分析，它是前一个分析的继续。重启动可以从前一 个分析结束后开始，也可以从前一个分析的中断开始。一般情况下进行重启动的 原因有：以前的分析被中断，或超过用户所定义的C P U 时间：分析分阶段进行， 在每个阶段的结束监控分析结果；诊断某个出错的分析；修改模型继续计算【5 6 】。 重启动功能为显式动态应用提供了极大的灵活性。每个阶
3、段结束后，就会 写入一个重启动“d 吼p ”文件。这个文件包括继续这个分析所需的全部信息，通 过处理输出可以检查每阶段的结果，然后修改模型来继续这个分析。例如，可以 删除那些不再重要的变形单元、材料或不再需要的接触；也可以改变载荷并考虑 以前分析没有的材料【5 6 】。 重启动共分为四种类型：新分析( 缺省) 、简单重启动、小型重启动和完全 重启动【5 6 】。 ( 1 ) 新分析 对于一个新分析，可以用E D S T A R T 命令来改变所有的存储。例如，如果 L S D 叮A 求解时要求存储更多的值，可以增加这些值或改变二进制文件所用的 一1 6 一 ( 5 ) 完全重启动 当数据库需要
4、改变很多时，适合采用完全重启动 5 6 1 。例如，需要考虑更多的 材料，去除模型的某部分或施加不同的载荷条件。要进行完全重启动，必须执行 E D S T A R T 3 。完全重启动的优点是改变的数据和结果文件能相互匹配。 在本文分析中，采用小型重启动。 在L S D Y N A 中，一切荷载是与时间有关的。静力荷载也必须定义成与时间 有关的荷载【5 6 1 。静力荷载可以由两种方式施加，一种是以一个很缓慢的加载速度 由零缓慢增加至目标荷载，否则如果加载速度过快会产生很大的振荡；另外一种 方式是以动力松弛的方式施加到结构上，该加荷方式对于非预应力结构十分有效， 但由于预应力结构本身的初始预应
5、力会对结构产生反拱作用，也会对结构产生一 定的振荡。因此需对结构施加一个较大的阻尼( 当对其进行连续倒塌分析时再将 阻尼更改过来) ，使其经过一段时间待振荡很小时，就可以认为结构达到静力平 衡。 以4 2 m 跨9 撑杆单榀张弦梁为例，其结构模型如图2 1 所示。 北京工业大学工学硕士学位论文 黔叩 广4 2 酮 l c 5 l 二王 l 乙 图2 14 2 m 跨9 撑杆一榀张弦梁图 F i g 2 - 1S k e t c ho f b e 锄s n 缸gs 缸u c t I l r e4 2 m i ns p w i 也9s 帆t S 在正常受荷情况下，结构承受自重及恒载、活载，在经过短
6、时间的振动后， 结构反应趋于平缓。撑杆C 5 上端的上弦梁节点4 2 的竖向位移变化如图2 2 所示： 图2 2 正常状态下节点4 2 的竖向位移图 F i g 2 2v e 柑c a ld i s p l a a 锄e n tc 1 1 r v eo fn o d e4 2i nn o m a ls t a t e 由图2 2 可以看出，在初始时刻，该节点有上下振幅约为1 0 m m 的振荡，但 经过5 秒，上下振荡的振幅变为约1 n 1 I n ，可认为结构已经处于静力平衡状态， 可以对结构进行下一步分析了。因此，本文中一般都是在5 秒后当结构近似静力 平衡时才进行分析移除杆件的操作；而在
7、地震下进行连续倒塌分析时，由于地震 本身就产生很大的振动，结构初始时刻产生的振荡相对地震动非常小，就从初始 时刻进行分析。 5 秒左右通过小型重启动移除撑杆C 5 ，上弦梁节点4 2 的竖向位移变化如图 2 3 所示： 一1 8 第2 章结构连续倒塌分析与设计方法 图2 3 移除撑杆C 5 后节点4 2 的竖向位移图 F i g 2 3V e ：n i c a ld i S p l a c 锄饥tc u r v eo fn o d e4 2a f b e r 衄o V i n gs t f u tC 5 由图2 3 可以看出，在前5 秒，节点4 2 的竖向位移与正常受荷下的位移变化 一致；5
8、秒后，由于撑杆C 5 的移除，结构中出现了一定的振荡，节点4 2 的竖向 位移也出现了波动。 通过小型重启动，既可以将结构的重力及恒载活载考虑在内，也可以采用 A P 法对结构移除杆件，从而进行连续倒塌分析。 一1 9 一 f 北京工业大学工学硕士学位论文 一2 0 第3 章单向张弦梁结构连续倒塌分析 第3 章单向张弦梁结构连续倒塌分析与抗倒塌设计 本章分别对一榀张弦梁和多榀张弦梁结构进行连续倒塌分析和抗倒塌设计。 分析方法采用两种，一种是在局部破坏条件下进行连续倒塌分析，即移除张弦梁 结构的撑杆、索、柱等，查看结构的动力反应；另一种方法是在强震作用下对结 构进行连续倒塌分析，即对结构施加地震
9、动激励，观察结构在强震下的位移、应 力等动力响应。单向张弦梁结构抗倒塌设计是在连续倒塌分析的基础上进行的， 目的是针对张弦梁结构的连续倒塌规律，提出相应的抗连续倒塌措施，为施工与 设计提供借鉴和依据。 3 1 一榀张弦梁连续倒塌分析 图3 1 所示为一榀张弦梁，上弦梁采用矩形钢管，撑杆采用圆钢管，下弦拉 索采用高强度低松弛冷拔镀锌钢丝。钢材弹性模量为2 0 6 1 0 5 a ，密度为 7 8 5 1 0 3 蚝m 3 ，屈服强度为3 4 5 m a ，失效应变采用O 0 1 。 ： 州：j P R92 0 i 0 2 2 ：2 7 ：口B 上弦粱 I 吖 f 。卜 铰接F ：L p 撑I 杆
10、 l 谳接 固；J 下是索 l 铰接 图3 1 一榀张弦梁示意图 F i g 3 - lS k 鼬c hO f b 锄s 缸证gs 缸u c t u r e 本章参考实际工程及文献【5 5 9 1 ，分别建立了4 2 m 、5 0 m 、6 0 m 跨的单榀张弦 北京工业大学工学硕士学位论文 梁模型。在单榀张弦梁所属的完整结构中，恒载取1 5 l 烈m 2 ，活载取O 5 埘m 2 。 各模型在荷载和活载作用下，上弦梁的应力控制在1 0 0 M P a 以下，索的拉应力控 制在3 0 叫o o a 以内。参数模型如表3 1 所示： 表3 1 一榀张弦梁模型参数 1 a b l e3 1P a
11、珊m e t e r So f b e 锄s 仃i n gs 缸u c t u r e 跨度上弦梁截面尺寸拉索矢高垂度榀间距撑杆数目 4 2 m4 0 0 x 2 0 0 1 46 0 m 73 Om2 Om8m5 、7 5 嘶4 3 0 2 3 0 1 58 0 73 3 m2 3 m8m5 、7 、9 6 0 I n5 3 0 2 7 0 1 51 3 0 m 73 6 m 2 6m 8m7 、9 、l l 3 1 1 局部破坏时的连续倒塌分析 3 1 1 1 移除撑杆 利用A P 法进行连续倒塌分析时，虽然不用考虑导致杆件破坏的原因，但也 不能无限制的移除杆件。考虑结构局部构件失效的概率
12、问题，本文中对移除撑杆 的分析分两种工况：1 ) 移除1 根撑杆；2 ) 同时移除2 根撑杆。如果工况1 ) 不 能引起结构的倒塌，则对结构进行工况2 ) 的分析；如果工况1 ) 能够带来结构 的倒塌，则不再对工况2 ) 进行分析。下面将分别对4 2 m 跨( 包括5 撑杆和7 撑杆) ，5 0 I I l 跨( 包括5 撑杆、7 撑杆和9 撑杆) ，6 0 m 跨( 包括7 撑杆、9 撑杆 和1 1 撑杆) 的单榀张弦梁进行移除撑杆的连续倒塌分析。 ( 1 ) 4 2 m 跨5 撑杆一榀张弦梁 张弦梁撑杆编号如图3 2 所示： 馨，“；_ 。 r 、工| | 叼 I f 乙乙 - 北京工业大
13、学工学硕士学位论文 a ) t 卢5 1 8 s ，移除一段索b ) 卢5 3 0 s ，上弦梁右端向右移动 静搿缈咿 N 少 - _ 、弋j r 弋k 乙乙 c ) 卢6 9 2 s ，上弦梁整体失稳d ) 卢7 1 0 s ，上弦梁继续下落，并出现断裂， 结构倒塌 图3 1 4 移除索段S 1 后连续倒塌全过程 F i g 3 - 1 4P r o g r e s s i V ec o n a p s ep r o c e s sa f t e rr I ；m o v i n gc a b l eS 1 通过对4 2 m 跨( 包括5 撑杆和7 撑杆) ，5 0 m 跨( 包括5 撑杆、7
14、 撑杆和9 撑杆) ，6 0 m 跨( 包括7 撑杆、9 撑杆和1 1 撑杆) 的单榀张弦梁进行移除索的连 续倒塌分析，可以得知，当单榀张弦梁的一段索失效后，结构发生了连续倒塌。 对不同跨度和不同撑杆数目的单榀张弦梁进行移除一段索进行模拟，均发生了同 图3 1 3 和图3 1 4 相同的倒塌过程。可见，索的失效将直接导致结构发生连续倒 塌，需要对索及索端格外重视。 3 1 2 强震作用下连续倒塌分析 张弦梁作为一种半剐性结构，具有很好的耗能能力和抗震能力，往往需要在 很高的地震强度下才会出现倒塌破坏。通过对单向张弦梁进行强震下的连续倒塌 仿真模拟，得出张弦梁在强震下连续倒塌顺序，以探求其在强震
15、下的连续倒塌机 理。下面将分别对4 2 m 跨( 包括5 撑杆和7 撑杆) 、5 0 m 跨( 包括5 撑杆、7 撑 杆和9 撑杆) 、6 0 m 跨( 包括7 撑杆、9 撑杆和1 1 撑杆) 单榀张弦梁模型进行 E L C E N T R O 波强震作用下的连续倒塌分析。 3 1 2 14 2 m 跨张弦梁 ( 1 ) 4 2 m 跨5 撑杆单向张弦梁 4 2 m 跨5 承担单榀张弦梁中撑杆的编号从左至右依次为C 1 c 5 。在水平地 震动下，张弦梁在竖向产生剧烈的位移变化，在地震动加速度峰值达到3 2 9 时， 结构出现倒塌。其倒塌过程为：右侧靠近支座的撑杆出现屈曲，从而引发了其它 撑杆
16、的依次屈曲和上弦梁的局部失稳，最终结构整体失稳，结构完全倒塌。在水 一4 0 第3 章单向张弦梁结构连续倒塌分析 平地震动下张弦梁的连续倒塌全过程如图3 1 5 所示： 黔伊黔。黜- ! 弋 1 杉 - ：，c ： 己 、毫受V、 、，；、2 磋曳 ?蘑一 g 蘑瑟霓獭蜃雾雳雾翮 c ) 声5 2 6 s ，3 6 榀撑杆大量屈曲d ) t = 5 4 6 s ，5 7 榀失稳 e ) 乒5 6 4 s ，局部失稳发展为整体失稳f ) 仁5 9 0 s ，结构完全倒塌 图3 6 1Z 向水平地震下连续倒塌全过程 F i g 3 6 1P r o g r e s s i v ec o l l a p s ep r o c e s si nZ 幽
