基于P-M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于P‑M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法，其特点是以构件截面材料破坏时抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系绘制P‑M相关曲线及稳定性控制曲线，得到两曲线包围的构件安全受力区域，具体计算包括：P‑M和稳定性控制曲线的绘制、计算承载力系数PMj和PM'j、计算重要性系数IFi和构件重要性的评价。本发明专利技术与现有技术相比具有物理意义明确，适用范围广，为关键构件进行抗连续倒塌设计提供了充分、可靠的参数，得到直观、定量和较为准确的构件安全冗余度，直观的反映整体结构、剩余结构中构件的安全储备，尤其适用于高层结构抗倒塌设计的安全性分析。

Calculation method of structural importance coefficient based on P-M bearing capacity curve

The invention discloses a method for calculating the importance coefficient of a structural member based on the P_M bearing capacity curve. The method is characterized in that the P_M correlation curve and the stability control curve are plotted according to the relationship between the bending bearing capacity M and the axial bearing capacity P when the member section material is destroyed, and the safe bearing area of the component surrounded by the two curves is obtained. It includes the drawing of P_M and stability control curve, the calculation of bearing capacity coefficients PMj and P M'j, the calculation of importance coefficient IFi and the evaluation of component importance. Compared with the prior art, the invention has clear physical meaning and wide application range, provides sufficient and reliable parameters for the continuous collapse resistance design of key components, obtains intuitive, quantitative and more accurate safety redundancy of components, and directly reflects the safety reserve of components in the overall structure and residual structure, especially suitable for use. The safety analysis of anti collapse design for high-rise buildings.

【技术实现步骤摘要】
基于P-M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法
本专利技术涉及结构抗倒塌设计
，具体地说是一种基于构件P-M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法。
技术介绍
结构的安全性问题是结构设计的首要问题，而建筑物的倒塌破坏一直是造成人员伤亡和设备损毁的主要根源，在进行实际工程的结构设计时，往往需要进行抗连续倒塌设计，来避免结构在偶然荷载下形成局部破坏后发生连锁破坏而最终形成大范围倒塌。由于引起偶然荷载的原因较多，如爆炸、撞击、火灾、人为失误等，且其发生位置、时间、程度均具有很强的随机性。目前，抗连续倒塌设计主要采用拆除构件法，即假设偶然荷载对局部结构的破坏已经发生，直接对剩余结构的抗连续倒塌能力进行分析。由于该方法的原理清晰、规范流程详细且可操作性强，因而在实际工程项目的抗连续倒塌设计中得到了广泛的应用。采用拆除构件法进行抗倒塌设计时，首先需要确定待拆除的构件，根据我国现行规范对结构抗连续倒塌设计的要求可知，任何一个可能受到偶然荷载作用的构件发生破坏，都不应引起连续性倒塌。而实际工程中，几乎所有结构构件都可能受到偶然荷载的作用，但并不是每个构件破坏都会引起连续倒塌，大范围的拆除则会影响抗连续倒塌设计的效率。所以，确定待拆构件的选择方法，是进行结构抗连续倒塌设计需要解决的首要问题。待拆构件的选择方法主要基于冗余度概念，通常选取的是重要性较高的构件，即拆除后对整个结构承载性能会有较大影响的构件。目前，一些研究人员提出了具有工程实用性的构件重要性量化方法，江晓峰等提出敏感性系数和关键性系数等概念，某根构件的重要性由去除该构件后其余构件的最大应力比来标定。胡晓斌等也提出了类似方法，区别在于采用了平均应力比作为去除指标。王蜂岚等采用了结构响应函数的割线斜率来表示结构对构件损伤的敏感性系数，响应可采用应力、应变、位移等作为研究对象。然而，由于结构构件受力情况复杂，竖向构件、水平构件在受弯、拉弯、压弯状态下的极限承载能力是不同的，单从响应变化进行计算很可能存在不足。此外，除了因变形达到极限而发生的塑性破坏外，失稳也是构件常见的破坏形式，发生失稳时构件很可能还处于应力较小的弹性阶段。现有技术的待拆构件选择方法很难考虑不同类型结构构件复杂的受力情况，也不能体现稳定性对构件承载能力的限制，且很难准确描述钢管混凝土构件、型钢混凝土构件等复杂构件的受力情况。待拆构件的重要性量化方法中，很少会从稳定性角度评价拆除构件对结构承载性能的影响。例如，假设拆除待拆构件后，剩余结构内一根重要构件由应力较小的压弯状态(应力为σ1)转变为应力较大的拉弯状态(应力为σ2)。从上述构件重要性量化方法来看，构件的拆除使剩余结构构件的应力、响应增大，对结构造成了不利影响，但从实际效果来看，转变为拉弯状态后，该构件发生失稳破坏的可能性降低了，待拆构件的拆除反而可能会对结构造成有利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而设计的一种基于P-M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法，根据构件截面材料破坏时抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系绘制P-M相关曲线及稳定性控制曲线，得到两曲线包围的构件安全受力区域，为关键构件进行抗连续倒塌设计提供充分、可靠参数，得到直观、定量和较为准确的构件安全冗余度，分析过程简单，工作效率高，可运用于钢筋混凝土结构、钢结构等不同结构体系，不仅能考虑结构中竖向、水平构件在不同受力状态下的极限承载能力，还可以考虑不同类型构件的稳定性，直观的反映整体结构、剩余结构中构件的安全储备，尤其适用于高层结构抗倒塌设计的安全性分析。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于P-M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法，其特点是以构件截面材料破坏时的抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系，绘制P-M曲线及稳定性控制曲线，并计算得到构件的重要性系数，具体计算包括以下步骤：a、绘制P-M曲线计算完整结构中的所有构件截面材料破坏时抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系，并绘制P-M曲线。b、绘制稳定性控制曲线根据构件截面信息、杆件计算长度、边界条件及相关的设计规范，计算构件在受压、受弯和压弯工况下稳定性的承载力极限，并绘制稳定性控制曲线，P-M曲线与稳定性控制曲线所包围的区域即为构件安全受力区域。c、计算承载力系数PMj和PM′j选择需要计算重要性系数的一根构件作为拆除构件i，按下述式(1)和式(2)分别计算同一工况下完整结构和拆除构件i后剩余结构中构件j的承载力系数PMj和PM′j：式中：n为完整结构中的构件数；pj和p′j分别为完整结构和拆除构件i后剩余结构中所受的轴力；mj和m′j分别为完整结构和拆除构件i后剩余结构中所受的双向弯矩；rj和r′j分别为完整结构和拆除构件i后剩余结构中所受的极限承载力半径。d、计算重要性系数IFi按下述(3)式计算拆除构件i的重要性系数IFi：式中：分别为完整结构和拆除构件i后剩余结构的整体承载水平。e、评价构件的重要性根据上述计算的重要性系数IFi，对该构件作出重要性的评价，重要性系数IFi的数值越大，表明构件i在完整结构中的重要性越高，即拆除该构件i后对完整结构承载性能造成的不利影响越大。本专利技术与现有技术相比具有物理意义明确，适用范围广，为关键构件进行抗连续倒塌设计提供了充分、可靠的参数，得到直观、定量和较为准确的构件安全冗余度，可运用于钢筋混凝土结构、钢结构等不同结构体系，对于包含受力较复杂的钢筋混凝土构件、钢管混凝土构件、型钢混凝土构件结构，计算结果更合理，不仅能考虑结构中竖向、水平构件在不同受力状态下的极限承载能力，还可以考虑不同类型构件的稳定性，直观的反映整体结构、剩余结构中构件的安全储备，尤其适用于高层结构抗倒塌设计的安全性分析。附图说明图1为本专利技术计算流程图；图2为完整结构示意图；图3～图5为梁、角柱和中柱构件的P-M曲线图；图6～图8为梁、角柱和中柱构件的安全受力区域示意图；图9～图10为拆除角柱和中柱后剩余结构示意图；图11为构件极限承载力半径计算示意图；图12为完整结构中各构件的承载力系数计算结果示意图；图13为拆除角柱后剩余结构中各构件的承载力系数计算结果示意图；图14为拆除中柱后剩余结构中各构件的承载力系数计算结果示意图。具体实施方式下面以单榀钢结构的具体实施例对本专利技术作进一步详细描述和说明：实施例1参阅附图1，本专利技术按下述步骤进行构件的重要性系数计算：步骤一：.对完整结构中的所有构件，根据构件的截面信息，计算构件截面材料破坏时抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系，并绘制P-M相关曲线；根据构件的截面信息、杆件的计算长度和边界条件，结合现行的设计规范，计算构件在受压、受弯、压弯工况下考虑稳定性的承载力极限，并绘制稳定性控制曲线，得到P-M相关曲线和稳定性控制曲线包围的区域，即为构件安全受力区域。a、绘制P-M曲线参阅附图2，该完整结构1为三层两跨，共有十五根构件的单榀钢结构，其跨度为8m，层高为4m。其中，角柱J1～6采用截面尺寸为P400×10的钢管混凝土构件，内部布置纵筋中柱Z7～9采用截面尺寸为□400×400×10×10的方钢管构件；梁L10～15采用截面尺寸为H400×250×16×16的H型钢。所述H型钢的材料强度为Q235；所述钢管混凝土构件采用的混凝土标号为C40。参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于P‑M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法，其特征在于以构件截面材料破坏时的抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系，绘制P‑M曲线及稳定性控制曲线，并计算得到构件的重要性系数，具体计算包括以下步骤：a、绘制P‑M曲线计算完整结构中的所有构件截面材料破坏时抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系，并绘制P‑M曲线；b、绘制稳定性控制曲线根据构件截面信息、杆件计算长度、边界条件及相关的设计规范，计算构件在受压、受弯和压弯工况下稳定性的承载力极限，并绘制稳定性控制曲线，P‑M曲线与稳定性控制曲线所包围的区域即为构件安全受力区域；c、计算承载力系数PMj和PM′j选择需要计算重要性系数的一根构件作为拆除构件i，按下述式(1)和式(2)分别计算同一工况下完整结构和拆除构件i后剩余结构中构件j的承载力系数PMj和PM′j：

【技术特征摘要】
1.一种基于P-M承载力曲线的结构件重要性系数计算方法，其特征在于以构件截面材料破坏时的抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系，绘制P-M曲线及稳定性控制曲线，并计算得到构件的重要性系数，具体计算包括以下步骤：a、绘制P-M曲线计算完整结构中的所有构件截面材料破坏时抗弯承载力M与轴心承载力P之间的关系，并绘制P-M曲线；b、绘制稳定性控制曲线根据构件截面信息、杆件计算长度、边界条件及相关的设计规范，计算构件在受压、受弯和压弯工况下稳定性的承载力极限，并绘制稳定性控制曲线，P-M曲线与稳定性控制曲线所包围的区域即为构件安全受力区域；c、计算承载力系数PMj和PM′j选择需要计算重要性系数的一根构件作为拆除构件i，按下述式(1)和式(2)分别计算同一工况下完整...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪建公，蒋瓅，黄延，李庆武，
申请(专利权)人：中船第九设计研究院工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31