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桁架結(jié)構(gòu)的非彈性動態(tài)逐步倒塌的分析

作者
　　　拉梅什·馬拉，副教授，斯托爾斯康涅狄格大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，CT –06269-2037
　　　普特·阿格瓦爾，助理研究員,奧斯丁德州大學(xué)土木、建筑和環(huán)境工程學(xué)院, TX -78712。
　　　
摘要
　　一個構(gòu)件的承載能力突然降低不僅僅是因為完整構(gòu)件的失效,也可能由于屈曲和隨后的僵硬的循環(huán)行為。由此產(chǎn)生的內(nèi)力動態(tài)再分配可能導(dǎo)致整個桁架結(jié)構(gòu)逐步倒塌。在本研究中, 模型的逐步倒塌分析方法應(yīng)運而生。數(shù)值模擬方案已經(jīng)發(fā)展起來，可以用來追蹤并生成一個完整的無彈性循環(huán)力的特性，通過桁架的組成構(gòu)件逐步迭代的方法建立運動的動力學(xué)方程。該解決方案的方法是基于有限元技術(shù)和利用受虛擬力產(chǎn)生大的非線性幾何變形的特性。作為一個例證，這種方法是適用于一個包含40個組成構(gòu)件的二維冗余桁架結(jié)構(gòu)的失效分析。桁架受到輕微超載，使某個構(gòu)件發(fā)生屈曲進(jìn)而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)失效。結(jié)果表明，即使桁架用再多的構(gòu)件組成，彎曲屈曲和非彈性受力變形的循環(huán)作用會產(chǎn)生不利作用力的重新分配，進(jìn)而導(dǎo)致桁架的整體倒塌。
　　　
簡介
由于桁架結(jié)構(gòu)具有高強度和剛度以及重量輕的特點,因此廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、拱形結(jié)構(gòu)、三維空間框架,海上平臺和傳播塔等結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中。桁架也被廣泛應(yīng)用于建筑空間。但是仍有幾個災(zāi)難性的冗長建筑物倒塌事故被報道[1, 2-4]。雖然當(dāng)一個結(jié)構(gòu)受到外在動力荷載時，動態(tài)行為通常是能預(yù)知的,甚至在靜力荷載作用下也已被發(fā)現(xiàn),但在某些情況下，桁架結(jié)構(gòu)的某個組成