环箍-穹顶索杆结构局部断索抗倒塌能力分析

提出一种新型的环箍穹顶全张力自平衡索杆结构,该体系以环形张拉整体为周边环梁,中部支承Levy型索穹顶结构。由于该环箍穹顶结构冗余度较低,该文研究了局部索失效情况下的结构抗倒塌性能。考察了环形张拉整体中局部拉索破断后索穹顶环向约束刚度的降低程度,以及整体结构力学性能的影响。基于显式动力积分法,运用变换荷载路径法,通过移除失效拉索单元,分析模拟了环形张拉整体不同部位的拉索断裂后剩余结构的响应,包括节点位移、索杆内力等指标。根据响应值将断索分成四种类型,并对四种类型的索破断后结构是否产生连续倒塌进行了探索。分析结果表明,提出的环箍-穹顶索杆结构具有较好的抗连续倒塌性能,相关结论将为此类结构的工程应用及安全评估提供借鉴。     

两种体系索穹顶结构的破坏形式及其受力性能研究

索穹顶结构是美国工程师Geiger根据Fuller的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构。目前,国内外对索穹顶结构的初始预应力分布、结构静动力性能等进行了比较全面的研究,但是一般以索单元的松弛和破断作为结构失效的标准,有关该类结构的破坏形式以及部分索松弛或破断后的受力性能研究却很少涉及。以Geiger及Levy体系索穹顶结构为例,探讨了索穹顶结构可能存在的破坏形式,分析了部分索退出工作后的结构受力性能,并对两种体系的受力情况作了比较。得出的结论对该类结构的进一步研究和工程应用具有指导意义。     

单层球面网壳抗连续倒塌性能研究

该文结合单层球面网壳冗余度较低、稳定性问题突出等特点,提出了一种基于构件承载能力的敏感性评价指标,对采用不同网格布置形式的单层球面网壳进行了连续倒塌分析,明确了结构在极端雪荷载作用下的连续倒塌破坏模式以及敏感构件和关键构件的分布规律,分析了初始缺陷和压杆屈曲对构件敏感性的影响。分析结果表明:网格布置形式对单层球面网壳的抗连续倒塌性能以及破坏模式有很大影响,K8型网壳以及K8-联方型网壳在撤除敏感构件后均发生了整体倒塌破坏,而短程线型网壳的内力重分布能力较强,未发生连续倒塌破坏。增大关键构件的截面尺寸比增大敏感构件的截面尺寸更能有效提高单层球面网壳的抗连续倒塌性能。考虑初始缺陷后,构件重要性系数最多增大3.0倍,敏感构件的分布位置基本不变;而考虑压杆屈曲后,结构敏感构件的数量明显增加,重要性系数增大了1.2倍~5.6倍。     

索穹顶结构的新形式及其初始预应力确定

索穹顶结构是美国工程师Geiger 根据Fuller 的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构。现有的索穹顶结构形式主要有肋环型和联方型两种,并应用在不同的工程中。针对现有索穹顶结构形式存在的缺点提出了几种新型的索穹顶结构形式,并运用整体可行预应力概念对结构初始预应力进行了计算。算例分析表明杆件的正确分组是得到索穹顶结构整体平衡预应力分布的关键。本文的工作可以为该类结构的初始选型和设计提供依据。     

联方型双撑杆索穹顶考虑自重的预应力计算方法

为了改善传统索穹顶结构的受力性能,该文提出了一种联方型双撑杆索穹顶结构,该索穹顶的上弦节点与两根斜撑杆相连,稳定性好并且便于张拉施工。针对联方型双撑杆索穹顶的找力分析问题,根据节点平衡方程,推导出考虑结构自重时索穹顶的预应力计算公式;给出了不同参数下联方型双撑杆索穹顶的预应力计算表,分析了该结构的受力特性;比较了考虑结构自重和不考虑结构自重时索穹顶初始预应力的差别,并采用有限元迭代法对比验证了理论公式的准确性。分析结果表明:随着矢跨比和撑杆高度的增大,结构中所有构件的初始预应力将减小;在自重荷载下,内圈脊索内力降低,最外圈斜索和环索内力显著增加;采用该文提出的理论公式可快速准确的获得考虑结构自重时联方型双撑杆索穹顶的实际预应力分布,为工程设计提供参考。     

填充墙对结构连续倒塌影响的研究进展

作为最常用的非结构构件之一,填充墙对结构抗震性能的影响已被普遍认知,并认为在分析和设计时忽视其存在不符合实际情况。对于结构的连续倒塌问题,目前仅获得了填充墙对结构抗连续倒塌性能影响的有限知识。填充墙的存在能够提高结构连续倒塌时的初始刚度和抵抗力,改变荷载的传递路径,最终导致结构的破坏模式和破坏位置改变。该文从试验研究、数值分析和设计方法三个方面系统综述了国内外关于填充墙对结构连续倒塌影响的研究现状。介绍了在现场和试验室两种不同场景下,基于拆除构件法的填充墙框架结构连续倒塌试验研究概况。总结了宏观模拟和精细化模拟两类填充墙框架结构连续倒塌的数值模拟方法。归纳了填充墙框架结构的抗连续倒塌设计方法。在此基础上,分析了该领域已有研究的不足并结合发展趋势对未来研究方向提出了建议。     

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法的研究

首先简要介绍了国外抗连续倒塌设计规范的主要设计方法和分类设计体系,然后重点对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌拆除构件设计法和拉结强度设计法进行较为深入的分析研究。在基于非线性动力分析的拆除构件设计法进行分析的基础上,对基于线弹性静力分析的拆除构件法的原理和设计参数进行了分析和验算,提出适合我国工程结构的设计参数。分析了国外规范拉结强度设计法应用于按我国规范设计的框架结构的不适用性及其原因,并对国外规范拉结强度设计法中基本拉结强度的计算模型所存在的不足进行了改进,提出了考虑空间传力路径等因素的拉结强度设计法。通过算例对该文建议的线弹性静力拆除构件设计法和拉结强度设计法进行了设计验证。     

蜂窝三撑杆型索穹顶结构构形和预应力态分析研究

该文详细研讨了一种新颖的蜂窝三撑杆型索穹顶,索穹顶结构的上弦索平面投影为蜂窝状网格,与下弦节点相连的有三根撑杆。不采用上下弦只有一根垂直水平面撑杆的"拉索海洋和压杆孤岛"传统张拉整体Fuller构想。这种新型蜂窝三撑杆型索穹顶的提出,即减少了环索与斜索用量,又提高了撑杆及结构的整体稳定性。该文对索穹顶预应力态采用节点平衡方程,详细推导和建立了蜂窝三撑杆型索穹顶索杆内力的一般性计算公式,对若干参数的索穹顶给出了索杆预应力的计算用表和大量的算例分析,以诠释索穹顶预应力态的分布规律和受力特性。该文的研究为索穹顶结构的选型和设计提供了一种新方案、新形体。     

轮辐式索膜结构连续倒塌性能分析

以佛山世纪莲体育中心为工程背景,通过定性模型试验测试及原型结构有限元分析,系统研究不同构件断裂情况下轮辐式索膜结构动力响应及连续倒塌性能。结果表明,该轮辐式索膜结构主要构件重要性由小到大依次为悬挂索、腹杆、下压环、上压环、墩柱、分叉索、脊索、谷索、内环索;重要构件断裂造成的破坏程度由轻到重依次为一根谷索断裂、一根脊索断裂、两根相邻谷索断裂、两根相邻脊索断裂、墩柱断裂、两根相邻索断裂、三根相邻索断裂、内环索断裂;该结构具有较好的抗连续倒塌能力,重要杆件裂后,能将其承担的荷载迅速传递给相邻构件,较好地将坍塌部分限制在有限区域内;通过采用双索体系、分区域设计及多柱式墩可提高结构抗倒塌能力。     

常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析

多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构，其在局部结构构件失效下的整体结构连续倒塌可能引发严重的经济损失和社会影响。该文针对常规结构布置的典型框剪结构开展了动力连续倒塌分析，总结其规律为结构毁伤下的连续倒塌快速评估提供依据。主要工作包括：按照不同抗震设防烈度、跨度、层数设计了18个典型结构布置的框剪结构，并采用纤维梁单元和分层壳单元建立了整体结构的数值模型库；采用非线性动力拆除构件法对整体结构开展了计算分析，获得结构系统在局部构件失效下的动力响应；对比分析不同结构的连续倒塌动力响应，研究不同参数对连续倒塌后果的影响。     

基于多尺度模型的RC框架撞击倒塌响应数值分析

为了在保证计算精度的同时提高撞击荷载作用下RC框架结构连续倒塌分析的计算效率,本文基于有限元软件LS-DYNA,建立了撞击响应分析的多尺度模型。针对该模型分别采用拆除构件法和撞击全过程分析法分析了撞击荷载下框架结构的连续倒塌动力响应。结果表明：拆除构件法在分析撞击作用下结构的连续倒塌时,由于忽略了撞击力及其对周围结构造成的初始损伤、初始位移和初始速度,低估了结构的动力响应,不能合理反映撞击作用下框架结构的破坏模式;多尺度模型能够准确模拟撞击作用下框架结构的动力响应和破坏模式,同时计算时间仅为精细模型的三分之一,满足整体结构系统撞击倒塌分析的需要。     

向量式有限元在索穹顶静力分析中的应用

索穹顶结构是一种由预应力拉索与竖杆组成的高效柔性空间结构,易发生较大位移,拉索可能出现松弛现象。该文采用向量式有限元进行了索穹顶的静力分析。向量式有限元是一种向量力学与数值计算相结合的分析方法,不同于传统分析力学方法和其他数值计算方法。向量式有限元基于运动方程求解,不需求解非线性方程组及刚度矩阵,尤其适合于发生刚体位移和几何大变形的结构或机构求解。该文首先介绍了向量式有限元的基本原理,推导了预应力索单元的求解公式,最后采用自编向量式有限元程序,分析了一个单摆模型和一个索穹顶结构模型。结果表明:向量式有限元应用于索穹顶静力分析是可行而且可靠的,在传统有限元计算难以收敛的情况下仍然可以对结构进行精确的非线性分析,为索穹顶的非线性分析提供了一种新的方法和手段。     

空间三撑杆双环索索穹顶考虑自重的预应力计算方法及参数分析

基于传统索穹顶构造形式的单一性和力学性能的不足,提出了一种空间三撑杆双环索索穹顶。提出了一种基于位移法与节点平衡法结合求解索、杆预应力的方法,并运用该方法计算比较了该索穹顶结构在是否考虑自重情况下预应力分布的差别;给出了索穹顶在考虑不同参数影响下的预应力计算表,对比了各种参数对结构性能的影响。结果表明:在考虑结构自重情况下,该索穹顶绝大部分索、杆预应力值都有不同程度的增大;撑杆高度与矢跨比的增大,会导致索穹顶结构中几乎所有构件的初始预应力值呈现减小的趋势,但增大撑杆高度相较于增大矢跨比影响更大。因此,在实际工程中,更多采用增大撑杆高度的方案。     

索穹顶结构施工成形及荷载试验研究

通过对一直径为4.8m的Levy型索穹顶模型的成形和荷载试验研究,得到了在成形过程中和不对称荷载作用下结构的内力和变形规律。试验结果表明:单元的初始下料长度、重力作用效应、预应力损失等均是实际工程设计中的关键问题。试验结果证实了作者提出的成形和找力分析方法可以满足索穹顶结构张拉成形要求,试验结果还证实了索穹顶结构的非保守性能。     

爆破拆除科技发展及多体-离散体动力学

多体—离散体动力学是爆破拆除科技理论发展的新阶段。研究描述了建筑物爆破拆除科技的发展历程,定义了建筑物倒塌动力学及包含的多体—离散体动力学,突出了与传统多体的不同特点,建立了动力学方程,列举出典型拆除动力学方程实例,求取其解析解和近似解,提出动力学方程的相似性及无量纲规整应用,实现了变拓扑多体—离散体动力学的全局仿真,阐明了与方程运算参数有关的破损材料力学和混凝土构件冲击动力学。应用多体动力学,可简便地将拆除模型导出各类建筑结构各种倒塌方式的切口尺寸、爆堆形态、后坐下坐、起爆次序和分段时差等无量纲表达,为高大建（构）筑物选择合理的倒塌方式、拆除措施和切口参数提供了完整理论和简单实用算法,实现了对爆破拆除的精确控制。     

索穹顶结构非线性分析的杆索有限元法

索穹顶结构是大变形柔性组合结构，其受力分析属于几何非线性问题，求解较复杂。本文应用有限元法，结合索穹顶结构特征，提出三节点等参数索单元与两节点杆单元相结合的混合有限元模式。基于Lagrangian坐标描述法和虚功原理推导了空间拉索和杆单元的大位移刚度矩阵，并建立了索穹顶结构非线性分析的增量平衡方程，利用NewtonRaphson法进行了实例计算。结果表明，本文方法精度很高，适合于索穹顶结构的空间非线性分析。     

RC框架梁柱子结构抗连续倒塌性能不确定性分析

近年来,结构的抗连续倒塌问题在国内外引起了广泛关注.RC框架作为实际工程中最常见的结构形式被广泛研究.然而,已有RC框架梁柱子结构的连续倒塌性能相关研究多基于确定性分析且主要针对静力拆除构件工况.该文基于OpenSees分别建立了典型RC框架梁柱子结构的静力和动力连续倒塌分析有限元模型,通过试验对比验证了模型的准确性....     

索穹顶结构局部断索分析

索穹顶结构是由索和杆为基本构成单元,通过预应力提供刚度的一类新型索杆空间结构体系。为考察结构中局部索(杆)破坏对整体结构的影响,以某体育馆索穹顶结构方案为背景,采用动力学方法模拟了各类杆件破断后其他杆件内力的变化和结构最终到达的平衡位置。通过观察局部索(杆)破坏是否引起其它索松弛从而造成较大节点变位来判断结构体系是否安全,通过观察局部索(杆)破坏是否引起其它索杆的强度破坏来判断结构是否连续倒塌,同时区分了不同位置杆件的安全等级。该研究对于该类结构的正常使用和维护有一定的借鉴意义。     

动力松弛法在索穹顶结构形状确定中的应用

索穹顶结构的成形分析是该体系的基础问题,由于包含刚体位移使得跟踪难度相当大。基于改进动力松弛法对结构施工过程进行计算,采用拆除张拉索段,代以两个固定的集中力施加在该索两端节点的方法,克服了因其刚体位移而造成的分析困难。该方法操作简单且力学概念明确,算例和模型试验表明其能够应用于不同的索穹顶结构和索杆张拉结构的施工模拟。     

葵花型索穹顶结构力学性能及拉索破断试验研究

通过对一直径6m的葵花型索穹顶试验模型,进行竖向对称加载、非对称加载以及拉索瞬间破断试验,研究了该结构的受力特点以及单根拉索瞬间破断时结构的响应特征。应用非线性有限元数值计算方法建立索穹顶计算模型,对葵花型索穹顶结构的力学性能进行了分析,并与试验结果进行比较。结果表明:在各加载阶段,节点竖向位移实测值普遍较计算结果偏大,拉索索力实测值与计算结果总体吻合较好;对称加载过程,结构的荷 载-位移关系具有较好的线性规律;与对称加载比较,非对称加载的荷载-位移关系则表现出非线性,节点位移也较大,非对称荷载对结构竖向刚度的设计起控制作用;单根拉索瞬间破断时,结构会有微幅振动,不同位置拉索的失效对结构的影响程度不尽相同。