大跨空间结构重要构件评估实用方法

为了利用改变路径法(AP法)进行大跨空间结构的连续倒塌分析,给出了AP法中移除构件判断的实用方法.该方法的主要思想是首先通过一定的概念判断,初步确定结构重要构件的选择范围.然后对初选的重要构件依据简化的敏感性计算方法考虑包括杆件的移除、杆件截面的削弱、拉索预应力的降低等因素对荷载作用下结构响应的影响,求解其重要性系数,...     

强震作用下城市连续高架桥倒塌失效模式

高烈度地震区内城市高架桥梁结构是城市交通的命脉,但当其遭遇强震导致失效时会造成不可预估的社会后果.高架桥或者其构件发生损伤导致自身不能发挥正常的使用功能时认为桥梁失效.以某六跨连续梁高架桥为工程背景,采用OpenSees软件建立了三维非线性有限元计算模型,基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法和加权秩和比法来判别在强震作用下该高架桥在的连续倒塌失效模式.计算过程中考虑支座的摩擦滑移,根据损伤值的变化来判断构件的状态,对连续梁桥各个构件的失效次序进行统计,给出具有统计意义的地震倒塌失效模式和最弱失效模式.结果表明:根据加权秩和比法得到的倒塌失效规律和最弱失效模式基本一致,首先是起到摩擦减震的滑动支座失效,其次是固定墩和固定支座失效,最后非固定墩失效.研究结果可为类似连续梁高架桥的抗震分析和地震失效倒塌模拟提供一定的参考和借鉴.     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌数值分析

目的研究钢筋混凝土框架结构在地震作用下的连续性倒塌破坏机理,完善结构抗连续性倒塌的设计方法.方法采用建立的钢筋混凝土构件本构模型,对构件整体式建模,最终建立了8层空间框架结构模型.选取合适的构件破坏准则,对钢筋混凝土框架结构进行了地震作用下的连续性倒塌破坏全过程分析,分析了结构位移、弯矩等受力特性,探讨了构件破坏后的传力路径和结构连续倒塌破坏机理.结果框架结构中构件的破坏,一般始于框架梁的竖向大变形,完全倒塌的主要原因是总应变能的累积;结构首层是发生破坏的集中区域,当破坏范围自首层传至2层中跨后,结构将在短时间内完全倒塌;随着构件计算模型中捏缩效应系数的增大,框架结构整体破坏时间呈现先增大后减小的趋势;考虑计算模型中的峰值后强度退化段后,结构完全破坏的时间将会提前.结论"强柱弱梁"的受力机制有利于结构抵御连续倒塌;框架结构的首层是倒塌破坏的薄弱层;合理控制结构构件的剪跨比,可以提高结构整体的延性;若不考虑计算模型中的峰值后强度退化段,将会高估结构的抗连续倒塌能力.     

钢管混凝土组合框架抗连续倒塌鲁棒性初步分析

为研究钢管混凝土框架结构的竖向连续倒塌易损性,设计了一个8层4×4 跨钢管混凝土柱-钢梁空间框架,利用有限元软件ABAQUS,采用静力加载方法,对原结构及拆除各底层柱后的剩余结构进行模拟研究;在已有改进后的两种基于构件重要性的易损性分析方法的基础上,分别计算结构构件的重要性系数;并计算了双柱失效工况下结构的鲁棒性系数,分析了该类结构的竖向鲁棒性.结果表明:两种方法计算结果相近,构件重要性系数的变化趋势一致;外荷载的增加与结构鲁棒性呈负相关,角柱相对边柱和中柱较为重要;角柱与边柱同时失效时,结构发生倒塌的几率大大提升.实际中可采用备用荷载路径的方法对重要性系数较大的构件进行低易损性设计.     

引入初始破坏的桁梁结构倒塌试验

对空间桁梁结构模型进行了倒塌试验.研制了连续性倒塌试验中人工控制的初始破坏引入装置.利用动态应变数据采集系统以及数字图像处理技术获取初始破坏引发的动力过程中的应变和位移,数据分析可得到结构破坏过程的持续时间,测点的应变时程曲线,观测点的位移时程曲线,揭示了破坏过程及破坏机制.结果表明:构件承载力富余程度的高低及空间效应是结构抗倒塌重要的冗余度.采用理论分析和数值分析对结构的破坏过程进行了模拟.     

爆炸荷载下高层钢筋混凝土结构连续倒塌机制与模式研究

高层建筑结构构件尺寸较大,爆炸荷载作用下应力波传播造成的材料破坏效应不能忽略,需要采用精细化模型来分析其非线性响应行为与连续倒塌过程,计算效率低,实用性差.本文将多尺度建模方法引入到爆炸荷载作用下高层建筑结构的连续倒塌分析中,依据爆炸荷载作用下高层建筑结构非线性破坏与连续倒塌的特点,提出了多尺度模型不同区域的确定方法,使用该方法对某高层建筑结构的连续倒塌机制和倒塌模式进行了研究.结果表明,相同TNT当量炸药的爆炸荷载作用下,比例距离较小时,高层钢筋混凝土结构可能发生单柱失效-双向联合倒塌模式;比例距离增大至某一区间时,结构则可能发生多柱失效-竖向倒塌模式.多柱失效-竖向倒塌模式影响范围广,对结构危害大,应通过采取防护措施避免该倒塌模式的发生.     

引入初始破坏的桁梁结构倒塌试验研究

对空间桁梁结构模型进行了倒塌试验.研制了连续性倒塌试验中人工控制的初始破坏引入装置.利用动态应变数据采集系统以及数字图像处理技术获取初始破坏引发的动力过程中的应变和位移,数据分析可得到结构破坏过程的持续时间,测点的应变时程曲线,观测点的位移时程曲线,揭示了破坏过程及破坏机制.结果表明:构件承载力富余程度的高低及空间效应是结构抗倒塌重要的冗余度.采用理论分析和数值分析对结构的破坏过程进行了模拟.     

基于柔度法单元的钢框架结构连续倒塌分析

基于柔度法理论,运用OpenSees软件对钢框架结构的连续倒塌进行了全过程模拟分析,并采用柔度法单元对梁柱构件进行四段式划分,以实现对构件断裂的模拟.采用抽柱法,给出了结构连续倒塌的动力计算流程.以2个6层平面钢框架为数值算例,分析了结构失效点位移时程、构件塑性铰与断裂顺序,发现失效柱两侧的梁端部首先出现塑性铰,梁端断裂是框架发生整体倒塌的主要原因.最后通过与ABAQUS壳元分析结果及钢框架倒塌试验结果对比,验证了该方法的可行性与正确性,可在实际工程中应用.     

建筑钢结构抗连续性倒塌各国规范设计及分析

为了给中国高层建筑钢结构抗连续性倒塌设计提供参考和思路,简要介绍了英国、欧洲、美国、日本等国家和地区抗连续性倒塌设计的构造措施、设计方法及流程等,重点针对各种规范关于分析方法、去除构件位置、荷载施加、破坏准则等关键问题,综合比较各种设计方法的优缺点和适用范围。分析表明,拉结强度法缺乏理论验证,去除构件法并未考虑构件失效时间和柱残余承载力对动力效应和内力重分配的影响,分析结果过于保守,关键构件法中偶然荷载的量化还存在争议。设计中应根据用途、重要性以及层数对结构进行分类,针对不同结构分类采取不同等级的抗连续性倒塌设计方法,同时应针对新建结构和已建结构区别对待。     

大跨度悬索桥空间温度场精细分析方法

为了研究悬索桥空间温度场分布及其变化规律,提出了自然环境下大跨度悬索桥空间温度场精细分析方法.首先根据构件表面所在位置和太阳入射角判断大跨度悬索桥构件外表面的遮挡状态,然后基于传热理论计算构件外表面所受辐射能,通过对构件各外表面施加辐射荷载和对流换热边界计算大跨度悬索桥空间温度场,最后以某大跨度悬索桥为例,采用多尺度分析方法计算主缆的热物性参数,在此基础上得到了自然环境下该桥空间温度场分布.结果表明,自然环境下大跨度悬索桥主缆空间温度场关于跨中非对称分布,最高温度出现在近跨中受太阳正面照射的节段,主塔迎阳面和背阳面最大温差近7,℃,桥面阴影区与相邻非阴影区温差达15,℃.以该方法为基础,可以实现大跨度悬索桥健康监测系统结构响应中温度效应的精确分离.     

爆炸荷载作用下建筑结构连续倒塌分析与防连续倒塌设计研究进展

连续倒塌是结构局部某个关键构件的破坏导致相邻构件失效继而引发更多构件破坏,最终导致结构整体倒塌或者产生与初始触因很不相称的大面积倒塌的连锁反应.爆炸荷载作为一种非常规荷载,具有传播迅速、峰值大、作用时间短等特点,是造成建筑结构连续倒塌的主要原因之一.本文在建筑结构连续倒塌已有研究的基础上,提出了结构连续倒塌分析的分类方法;并进一步根据结构连续倒塌分析的目的,将结构连续倒塌分析方法分为结构抗连续倒塌性能评价方法和结构连续倒塌全过程分析方法.通过文献综述,详细介绍了结构抗爆炸连续倒塌性能评价方法和结构抗爆炸连续倒塌全过程分析的最新研究进展;给出了建筑结构防爆炸连续倒塌的概念设计方法和构造措施,提出了建筑结构防爆炸连续倒塌设计的步骤和方法.     

基于质量参与系数的空间结构动力模型简化

本文根据大跨度空间结构的动力特性,获得了大跨度空间结构地震反应的内在特征、变形机理及其振型分布规律.针对采用传统振型叠加法分析大跨度空间结构地震反应时质量参与系数累积速度慢的特点,根据质量参与系数的定义、振型截断原理及两者间的理论关系,提出了一种适用于大跨度结构动力分析整体计算模型的简化方法.数值算例验证了本文简化方法的有效性、准确性及计算效率.数值分析结果表明,本文简化方法简单、高效,且具有足够的分析精度.     

梁-柱节点抗连续倒塌性能研究进展

结构的连续性倒塌一直是土木工程领域关注的焦点,而梁柱节点作为结构体系传递荷载的关键部位,其一旦遭受破坏,就可能造成结构连续性的倒塌倾覆,进而造成无法估量的损失。本文简要介绍了整体结构的两种不同的连续倒塌的形式以及四类主要的抗倒塌设计方法,结合已有研究成果从抗连续倒塌模式、抗连续倒塌机制以及抗连续倒塌性能三个方面总结了节点破坏导致的连续性倒塌研究现状。结合应用及研究热点,从试验研究和数值分析角度分别对装配式梁柱节点和自复位梁柱节点的研究进展进行了阐述。最后提出一种基于超弹性形状记忆合金的新型自复位梁柱节点,并对设计方法、抗倒塌性能以及抗震性能的研究进行了探讨。     

大跨度空间网格结构健康监测系统设计及应用

为全面保障大型建筑在施工及运营期间的结构健康和安全,基于信息化和物联网技术设计并实现了针对大跨度空间网格结构的健康监测系统。该系统具备结构健康状态监测多源数据的实时采集与传输、数据存储与处理、结构健康评估、异常状态报警以及三维模型展示等功能,系统通过集成大跨度空间网格结构多维状态数据,实现建筑的关键部件和整体结构的异常与完整性的判别,以及建筑整体健康的有效评估,为建筑的安全施工与运营提供了可靠保障。目前该系统已应用于某大型体育场并稳定运行,提升了体育场馆等大跨度空间网格结构建筑的智能化和安全管理水平。     

基于构件重要性系数的结构易损性分析

为了有效地管理大型复杂结构并减少各种灾害的损失,采用数值计算方法,对结构易损性和连续倒塌展开研究已成为目前国际社会研究的热点。从结构易损性的基本原理入手,提出了一种基于构件重要性系数的结构易损性分析方法。它基于构件刚度的重要性系数,并通过其与冗余度的关系来求出各构件的冗余度,用结构的整体冗余度和构件的局部冗余度来搜索结构的失效模式,以此来寻找结构中的薄弱环节,并通过结构的应变能来寻找结构的最易损失效路径。最后通过一个五层钢框架算例来验证。研究发现,所提出的方法是可行的、有效的。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构的连续倒塌分析

近年来,鉴于建筑结构连续倒塌分析的复杂性,迄今为止,尚未得出一种可用于工程实际的足够精确的结构连续倒塌分析方法.运用通用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了某2跨3层框架结构的三维有限元模型.研究了初始损伤、结构的初始条件等因素对爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构连续倒塌过程的影响.并将分析结果与传统的结构倒塌分析方法的分析结果进行了对比,进一步提出了一种改进的钢筋混凝土结构连续倒塌分析的方法,对建筑结构抗连续倒塌设计具有一定的指导作用.     

大跨网壳结构的动力倒塌判别分析

为了研究大跨网壳结构的倒塌模式以及判别倒塌过程中各阶段所对应的临界荷载,基于LS-DYNA软件,同时考虑结构的双重非线性和材料的失效应变,对3种典型大跨网壳结构的倒塌过程进行了模拟.根据模拟结果,提出了大跨网壳结构的倒塌模式.参考增量动力分析方法,得到了带肋施威德勒网壳从动态失稳直至倒塌状态所对应的临界荷载,并且分析了...     

大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.