钢-混凝土组合框架结构的连续倒塌分析

旨在探讨柱子的位置、结构冗余度多少及不平衡荷载的大小对组合结构抗连续倒塌性能的影响.基于钢管混凝土统一理论,采用拆除构件法,在ANSYS14.0中建立了钢-混凝土组合框架结构的空间有限元模型,运用生死单元技术分别拆除底层特殊部位的一个柱子来模拟结构的连续倒塌,分析了其抗连续倒塌能力.结果表明,组合框架结构的抗连续倒塌能力与柱子所在的位置、结构的冗余度多少及不平衡荷载的大小有关,可以用于结构的抗连续倒塌设计.     

单层柱面网壳抗连续倒塌性能

研究了不同荷载布置形式、支承方式条件下,单层柱面网壳的抗连续倒塌性能和倒塌破坏模式,采用基于构件承载能力的敏感性评价指标,分析了初始缺陷、压杆失稳等因素对杆件、节点敏感性指标的影响。结果表明,当采用四边支承时,满跨均布荷载起控制作用,跨中节点为敏感构件,与之相邻斜杆为关键构件;当采用纵向两边支承时,半跨均布荷载起控制作用,杆件和节点的敏感性指标在1/3跨处最大,支座处最小。当考虑初始缺陷时,杆件、节点重要性系数分别增大了41%和53%;当考虑压杆失稳时,杆件和节点重要性系数分别增大了45%和62%。通过对关键构件进行加强,可以优化该类结构的抗连续倒塌性能。     

大跨度桥梁上部结构承载能力验算 ——以太行山高速公路某特大跨越桥梁为例

为了解决大跨度桥梁中承载能力不足的问题,利用有限元分析软件Midas civil 2015,对某特大桥的上部结构承载能力进行了验算分析。主要对大跨度桥梁上部结构在使用过程中的不同荷载组合工况下的应力状态和截面强度进行分析,同时,对预应力混凝土受弯构件进行了应力验算,对桥梁整体支座承载能力验算,对箱梁结构挠度和预拱度计算等。研究结果表明,受多种因素的影响上部结构构件可能出现病害或设计不合理,导致承载力储备不足。得出结论,在桥梁运营过程中要加强对主要截面的控制,尽量减小桥梁病害发生。     

考虑冗余度的杆系结构构件重要性评价方法

为杆系结构的安全性与合理设计提供科学性依据,本文基于冗余度理论提出一种定量评价铰接杆系结构构件重要性的方法.首先,基于单元冗余度分布的均衡性,定义杆系结构单元冗余度标准差和单元冗余度平均值的商为结构冗余度分布系数.其次,通过考察拆除不同构件的情况下,剩余结构冗余度分布系数的大小来定量分析杆系结构构件重要性,并定义剩余结构冗余度分布系数为构件重要性系数.算例分析表明,冗余度分布系数可以反映结构分布的均匀性,本文方法可以定量评价杆系结构构件重要性:结构冗余度分布系数越小则结构冗余分布越均匀,结构鲁棒性越好;构件j对应的剩余结构单元冗余度分布系数越大,说明拆除杆件j对结构鲁棒性的影响越大,构件重要性越高.     

圆柱形张拉整体结构质量最小化方法

为减轻张拉整体结构的质量,提出一种张拉整体结构最小质量优化方法及进一步减轻质量的自相似迭代设计方法.以外载荷作用下的圆柱形张拉整体结构为研究对象,根据构件质量、材料失效模式的关系,提出以构件力密度、横截面积作为设计变量,结构静力平衡方程为约束的优化数学模型,采用线性规划优化方法对数学模型进行优化,并给出压杆两种失效模式下结构最小质量的选择方法;为进一步减轻质量,把三维T型杆自相似迭代结构应用到圆柱形张拉整体结构中,提出一种自相似迭代设计方法来设计一个质量更轻的张拉整体结构,提出有效替代空间概念,给出有效替代空间的计算方法.算例计算结果表明,最小质量优化方法及自相似迭代设计方法可以设计出质量更轻的张拉整体结构.     

火电厂全封闭煤场大跨钢结构栈桥优化设计

通过对火电厂进行全封闭煤场大跨钢结构栈桥结构布置优化、构件截面优化和技术经济指标分析,体现了合理的结构布置和构件截面选择,有利于实现结构的安全可靠性和经济合理性.     

RC框架结构连续倒塌动力响应影响因素分析

在极端荷载作用下,结构局部会发生初始损伤.由于初始损伤会在不同结构构件间发生传递,可能会引发结构整体的连续倒塌,造成重大经济损失和人员伤亡.为评估结构的抗连续倒塌能力,通常采用拆除构件法对结构在某一构件发生失效后的整体承载能力进行分析.拆除构件法包括非线性静力Pushdown分析方法和非线性动力分析方法.本文对拆除构件法中非线性动力分析方法的主要影响因素进行研究.选择一个按中国规范设计的五层三跨钢筋混凝土框架结构作为研究对象,分析框架柱失效时长、重力荷载分布形式以及动力加载方式对结构在瞬间失柱条件下非线性动力反应的影响.研究结果表明:柱失效时长对结构非线性动力反应影响显著,当失效时长大约为结构自振周期的0.5倍时,结构非线性反应的动力效应几乎消失;采用不同重力荷载分布形式(满跨分布和受损跨分布)对结构的非线性动力反应影响并不明显;与先加载后移柱的动力加载方式相比,采用先移柱再加载的动力加载方式会放大结构的非线性动力反应,但放大效应有限.     

基于能力谱的桥墩冗余度评估

为了有效评估结构的安全性,利用冗余度反映结构抗倒塌能力,提出采用冗余度评估结构抗震性的思路。通过Pushover分析,结合能力谱法建立桥墩基于位移和承载力的冗余度量化指标。分析不同墩高处节点的冗余度指标,探究构件冗余度与墩高的关系,定量分析桥墩的地震响应与抗震性能。通过有限元模拟和试验研究桥墩结构特性评估,更好地反映桥墩在地震作用下的破坏形态,提高工作效率。研究成果将为桥梁结构抗震设计提供参考。     

基于复形法的钢框架结构多目标多层次优化设计

以钢框架结构为研究对象,在钢框架设计理论及结构优化理论的基础上,以惯性矩为设计变量,构建反映结构抗震性能的总应变能最大化和反映结构造价的总用钢量最小化的多目标优化函数,通过改变加权系数调整结构应变能和结构用钢量在优化中的重要性程度,基于复形法思想借助Matlab编程进行结构层次优化设计,得到不同加权系数下优化后的结构应变能和结构用钢量。在此基础上,将构件惯性矩作为定值,以构件截面参数为设计变量,借助Lingo优化软件对钢结构构件进行优化设计,得到最优截面参数。与传统设计结果相比,优化后的结果不仅降低了结构用钢量,结构性能也得到了提升。     

考虑构件重要性的导管架平台强度储备提升

导管架平台空间造型复杂,杆件和节点数量繁多,局部冗余度虽然高但总体分布不均匀。同时,平台质量大多集中于上部结构,局部构件的破坏可能导致结构在重力载荷作用下发生连续性倒塌。本文在导管架平台常遇的冰工况载荷作用下,对移除各个构件后的缺陷结构进行推覆分析,得到各构件重要性指标,依此判断每个构件的重要性;分析不同首失效构件导致的结构薄弱路径,从而确定结构的最薄弱路径和路径起始构件位置;进而,在保证总用钢量不变的条件下,调整构件截面设计,实现结构薄弱环节的调控。研究表明:通过构件重要性分析的方法,可以较有效地确定结构薄弱路径;通过调整薄弱路径首个构件的方法,可以实现薄弱路径的调整,结构的极限承载力提高10%以上,极限变形降低10%左右。     

不同烈度下框剪结构的抗连续倒塌对比分析

为探究不同烈度下框剪结构的抗连续倒塌性能，运用SAP2000有限元分析软件，结合拆除构件法对不同烈度条件下的11层框剪结构进行非线性动力分析。分析结果表明：抗震设防烈度这一参数对框剪结构各构件在结构整体抗连续倒塌性能中的作用排序影响不大；不同烈度下，相同构件的失效，剩余框剪结构响应相似，L形剪力墙由于双向约束作用，可提高结构的抗连续倒塌性能；框剪结构随着烈度的提高，抗连续倒塌性能有所提高；框剪结构在7°(0.15g)和8°(0.20g)条件下的抗震设计与6°(0.05g)相比，混凝土用量变化不大，钢筋用量分别增加11.6%和33.8%,伴随的失效点竖向位移最大能降低8.1%和30.4%;高烈度地区对框剪结构进行抗连续倒塌设计时易出现“强梁弱柱”的设计。     

下弦与撑杆新构型张弦梁结构的抗连续倒塌性能

由于传统张弦梁结构冗余度较低,下弦预拉索遭受意外作用断裂时易导致结构发生连续倒塌。通过改进传统张弦梁撑杆、下弦等杆件构型与连接形式,提出一种新型张弦梁结构。基于ANSYS/LS-DYNA程序平台,采用考虑初始状态的等效荷载瞬时卸载法,对具有不同撑杆交叉角度和交叉撑杆组数量的多个新型张弦梁结构模型进行抗连续倒塌分析。结果表明：合理设计后,任一段下弦失效时,交叉撑杆将代替失效处下弦为结构提供备用传力路径,新型张弦梁结构不会发生连续倒塌,但会导致下部撑杆内力骤增,下部撑杆设计需预留较大承载余量;撑杆交叉节点越靠近下弦,剩余结构空腹桁架作用越明显,承载能力越好;交叉撑杆组数越多,结构冗余度越高,新型张弦梁结构抗连续倒塌性能越优。     

钢筋混凝土框架结构中次梁的抗连续倒塌性能分析

目的分析次梁在框架结构中的抗连续倒塌性能,为抗连续倒塌设计和研究提供依据．方法采用有限元软件Sap2000对6个不同次梁布置形式（不考虑次梁、长边单向布置、短边单向布置、十字型布置、井字形布置、密肋型布置）的五层框架结构进行倒塌动力分析,同时笔者对其中5个模型（不考虑次梁除外）进行倒塌的敏感性分析和经济性分析．结果次梁密肋型布置的结构的位移和速度时程曲线斜率最小,其次是十字型和井字形．在长边中柱和角柱失效下,框架结构的连续倒塌发生的概率最大,在内柱失效下,连续倒塌发生的概率最小．长边布置形式的次梁的结构的总造价最小,十字型和井字形布置其次,最大的是密肋型布置．结论次梁有一定的抗倒塌作用,其中密肋型布置形式对抗倒塌最有利;框架结构对长边中柱和角柱失效下连续倒塌最敏感,对内柱失效下最不敏感;结合经济性和抗倒塌性因素考虑,框架结构的次梁布置形式应首选十字型和井字型．     

多层强边柱冷成型钢结构体系抗震性能分析

多层强边柱冷成型钢结构能够促进低层冷成型钢结构向多层住宅结构体系的发展.为了分析多层强边柱冷成型钢住宅结构体系在地震作用下的动力特性,本文提出了该类结构的主要抗侧构件强边柱冷成型钢组合墙体可以考虑节点实际连接性能的简化计算模型,进而得到整体结构抗震计算模型;根据作者前期开展的墙体抗剪试验结果并结合国外规范,提出此类结构在地震作用下的侧向变形验算指标;对整体结构进行抗震性能研究.结果表明:考虑节点连接的等代拉压杆模型能够准确预测此类结构的实际受力特性;将1/300和1/75分别作为此类结构在多遇和罕遇地震作用下的层间位移角限值是安全可靠的;在9度罕遇地震作用下,此类结构不会发生倒塌破坏;进行此类结构设计时,不宜采用两个方向刚度差异过大的抗剪墙体组合,同时应重点加强结构沿墙体开洞率较大方向的墙体抗剪强度;在特别高烈度地区进行此类结构设计时,应兼顾墙体抗剪强度和墙体边柱的竖向承载能力,避免结构因墙体边柱的压屈破坏而导致整体结构失效.     

楼板对RC框架结构抗连续倒塌性能的影响

楼板作为框架结构的重要组成构件,在结构抗连续倒塌中有重要作用。采用有限元ABAQUS非线性拟静力分析法,模拟两层2×1跨框架结构长边中柱失效以后结构连续倒塌的反应,对比分析考虑与不考虑楼板作用时,RC框架结构连续倒塌的情形,研究楼板对RC框架结构连续倒塌的影响。结果表明：楼板可以显著改善结构的刚度,提高结构的整体性,并延缓梁的铰链出现,提高结构的抗连续倒塌性能。     

钢筋混凝土框架结构火灾反应全过程数值分析

目的 从火灾场景的模拟、构件内温度场和结构的变形反应三个方面对钢筋混凝土框架结构的火灾全过程进行研究,为抗火设计提供参考.方法 采用火灾模拟软件FDS对某商场首层火灾进行模拟,并对火灾下温度分布过程进行了研究,在此基础上利用ANSYS有限元分析软件对火灾条件下的构件进行温度场分析和变形分析.结果 边柱、中柱以及节点处温度靠近构件截面内部温度逐渐降低,且升温速率趋于缓慢.节点核心区的温度较周围的梁段和柱段偏低.各跨中挠度达到耐火极限的时间满足规范要求,结构各构件相继失去承载能力而发生倒塌.结论 火灾模拟软件FDS得到的实际火灾升温曲线与国际标准火灾升温曲线相比温度偏低,采用国际标准升温曲线进行结构分析是偏于保守的,因此笔者建议将FDS对火灾的模拟结果作为结构分析的依据.     

不同设防烈度下RC框架结构的抗侧向倒塌能力

地震作用下建筑结构的抗侧向倒塌能力是抗震性能评价的基础。选取4个结构整体性能参数作为结构抗侧向倒塌能力评价指标,分别为结构强屈比、超强系数、延性系数和延展系数。按中国现行规范设计了12个RC框架结构,考虑侧向力分布形式和设防烈度的影响,采用Pushover方法对结构进行计算,并根据能力曲线和结构整体性能参数对结构抗侧向倒塌能力进行评价。结果表明：结构整体性能参数能从强度储备和变形能力两个方面对结构抗侧向倒塌能力进行分析;随着设防烈度和结构高度的提高,侧向力分布形式对结构抗侧向倒塌能力的影响增大;设防烈度对结构强屈比和结构延展系数的影响较小,对结构超强系数和结构延性系数的影响较大;随着设防烈度的提高,结构超强系数减小,而结构延性系数增大。     

基于多目标最优钢桁架拱桥体系的结构优化设计

目的研究钢桁架拱体系桥梁的结构优化设计方法.方法建立以桁架拱片的体系效率和总用钢量为综合目标的多目标优化模型.以上下弦拱顶竖直间距及构件截面尺寸作为设计变量,建立设计变量与满足结构强度、刚度及稳定性要求的状态变量之间的约束关系.并采用多目标最优化的一阶分析法来进行桁架拱桥的形状控制及构件尺寸确定.结果得到了设计中的中承式钢桁架梁拱组合体系桥的优化方案;桁架拱片形状的控制是重要的,随着拱顶高差增大,结构用钢量下降,但当拱顶高差超过一定高度后,用钢量反而上升.结论将体系效率与多目标最优化计算理论引入桁架拱体系桥的整体优化是可行的,结果也是合理的;体系效率的增加并不能确保用钢量的减少,因而结构体系效率的高低并不能完全反应经济性能的优劣.     

某曲线桥的静力极限承载性能分析与优化设计

钢-混凝土组合结构由于具有减小构件截面尺寸、增加构件和结构的延性等优点被越来越广泛地应用于城市桥梁中,其中钢箱梁加混凝土桥面板的组合形式是现在应用很广泛的一种形式.北京南站进站立交作为北京南站改扩建工程的一部分,其结构形式为曲线型钢-混凝土组合梁.出于对建筑美观和安全等因素的考虑,该桥的设计较为保守,构件截面较大.采用了通用有限元软件ANSYS分析了该桥一个分联的极限承载能力,并对该分联进行了优化.优化结果表明:对于该钢-混凝土组合梁桥,跨高比最大可以取31.8,并满足静力承载要求.     

脐带缆截面填充构件拓扑优化轻量化设计

为了实现填充构件的轻质减重,同时保证填充减重后脐带缆具有足够的刚度与强度,本文选取4种典型截面形状的填充构件进行拓扑优化设计.基于传统密实填充空间定义设计变量,以柔度最小化为优化目标,在强度约束的条件下构建优化模型.同时,建立不同填充形式的脐带缆截面数值模型,以脐带缆的截面径向变形、关键构件应力和构件间接触压力作为评价...