工程结构在多灾害耦合作用下的研究进展

我国地处亚欧板块、太平洋板块和印度洋板块之间，且疆域辽阔、海岸线绵长，这就自然形成了我国地震、强风和降雨等自然灾害频发。工程结构，包括高层建筑、村镇低矮房屋建筑群、输电塔线体系等生命线工程，在其全寿命周期内会遭受地震、强风和降雨等多种灾害的单独或同时作用。传统设计方法基于最不利荷载对结构进行设计，忽略了多种灾害耦合作用对结构全寿命周期抗灾性能的影响。文章总结了该课题组近年来在多灾害研究领域所取得的主要成果，包括：①根据中国强震台网中心和中国气象局数据中心提供的地震、风和降水数据，开展了极端事件单独作用和耦合作用的危险性分析；同时，提出了基于Copula函数的联合概率模型分析方法；②提出工程结构在多种灾害耦合作用下的性能评估和荷载修正系数计算方法；③开展了高层建筑在地震和强风单独作用以及同时作用下的风险分析及荷载修正系数计算；进行了村镇低矮房屋在地震和洪水耦合作用下的风险分析；对风雨耦合作用下的输电塔线体系进行了易损性分析。结果表明：①在考虑灾害发生概率时，不同灾害(例如，地震、强风和降雨)同时作用对结构性能评估具有显著影响；②由本文方法计算的荷载组合系数均不小于规范值，建议对现行规范中地震和风荷载的设计强度进行适当修正。因此，在对工程结构进行抗多灾耦合作用的性能分析和设计方法研究时，应综合考虑多种灾害的耦合效应。     

震后地下结构在火灾下的力学性能初步分析

地下结构等地下结构作为城市地下基础设施的重要组成部分,一旦遭受地震以及地震次生火灾会造成极大的经济损伤和人员伤亡,因此地下结构在地震以及地震火灾作用下的灾变行为亟待研究。基于某三跨两层车站建立其二维分析模型,首先对其进行了地震模拟,然后使用重启动分析,运用热-力耦合方法探讨了地下结构在地震次生火灾作用下响应。从地下结构中柱形变、层间位移等方面分析车站结构在地震及其次生火灾作用下灾变行为,讨论地震对地下结构抗火性能的影响,为地下结构受到地震以及次生火灾的性能评价提供参考。     

悬挂结构在耦合地震下的抗震研究

针对核筒悬挂结构,建立了三维有限元模型,并且考虑材料非线性,在耦合地震的作用下,进行了弹塑性时程分析,得到了结构不同部位各节点的响应。将结果与单维地震作用下的结构响应进行比较,总结了耦合地震作用下悬挂结构响应的规律,对悬挂结构进一步的抗震研究和设计提供参考。     

考虑地震耦合效应的单元式玻璃幕墙地震作用研究

对一种隐框单元式玻璃幕墙进行了研究,考虑单元式玻璃幕墙与主体结构的相互关系,建立了单元式玻璃幕墙地震耦合作用的振动控制微分方程,以简谐波为实际工程的输入波,研究了结构自振周期、单元式玻璃幕墙系统自振和地面运动周期对幕墙耦合动力响应的影响。以El-Centro波作为输入,研究了单元式玻璃幕墙的地震反应现象,分析了单元式玻璃幕墙在地震作用下的破坏机理,为单元式玻璃幕墙的抗震设计提供些参考。     

震后火灾作用下大断面盾构隧道复合管片#br# 结构损伤及防水性能分析

为研究大断面盾构隧道复合管片在震后火灾作用下的结构损伤及防水性能损失,利用有限元计算软件abaqus建立复合管片与直螺栓接头的三维实体模型和密封垫压缩的二维数值模型,分析了地震及地震与火灾耦合作用下复合管片混凝土在螺栓孔处刚度损伤分布情况,研究了复合管片钢板在螺栓孔处的屈服分布情况,计算了地震及地震与火灾耦合作用下隧道密封垫防水性能的损失,结果表明：当采用RABT升温曲线模拟火灾时,大震导致的螺栓孔处混凝土刚度损伤在火灾作用后均超过90%,而中震工况在火灾作用后除螺栓孔顶部混凝土刚度损伤低于85%外,其余部分都超过90%;火灾作用导致螺栓孔处钢板屈服;防水密封垫在中震和火灾耦合作用后仍能保持较好的防水性能,但在大震和火灾耦合作用后,防水性能完全丧失。     

某框架结构的弹塑性位移时程分析

以某框架结构工程为背景,在考虑结构在罕遇地震作用下耗能能力的基础上,采用弹塑性时程分析的方法进行了结构分析,使得变形满足规范规定的要求,从而实现科学、适用、安全的设计目的。     

大跨度钢-混凝土混合结构协同工作性能分析

以宁夏宁东新城体育馆工程为背景,建立了仅单独考虑上部钢结构和下部钢筋混凝土结构单体模型及考虑上下部混合结构协同作用的整体模型。通过对各模型结构的静力分析、模态分析、多遇地震反应谱分析及罕遇地震弹塑性时程分析,探讨考虑协同作用与否对各单体模型工作性能的影响。结果表明:对于上部钢结构,应考虑下部钢筋混凝土结构的放大作用,否则会使结构偏于不安全;对于下部钢筋混凝土结构,考虑上部钢结构作用后,在静载和多遇地震作用下,结构的位移及内力有一定程度的减小,但在罕遇地震作用下,结构的地震响应和塑性损伤有明显的增大,设计时应予以考虑。     

建筑结构地震火灾效应分析方法

为在建筑结构设计时考虑地震引发火灾对建筑结构的作用和影响,提出建筑结构地震火灾效应分析计算方法,此方法结合结构地震反应分析与火灾热力反应分析,通过简化的建筑结构地震损伤模型,考虑地震损伤的同时,连接结构的热传导分析与热力分析,从而实现地震火灾效应计算.运用此方法对一单层和一多层混凝土框架分别进行了分析,并与没有考虑地震...     

不同地震动情况下的大跨度连续刚构桥梁响应分析

地震作用会对连续刚构桥产生巨大破坏,会导致桥梁结构的部分或完全失效。针对这一问题,文章通过对一工程实例建立有限元模型,并按照不同地震动时桥梁内力响应进行计算。结果表明,在不同地震动组合作用下,桥梁结构的弯矩响应与一维不同,表现出空间耦合特性。在桥梁抗震设计时,应综合考虑地震作用的空间特性,合理进行设计。     

基于鱼群算法的耦合地震作用下钢结构-控制系统协同优化设计

鉴于目前土木工程的结构抗震优化设计方法尚未考虑到结构设计与控制设计之间的耦合相关性,极有可能丧失系统最优解,故运用协同优化策略对钢结构与控制系统进行一体化设计。首先建立耦合地震作用下含磁流变阻尼器(MRD)的运动方程,采用瞬时最优控制策略对其进行地震响应控制;进一步建立钢结构和MRD的优化模型,采用鱼群算法处理结构和MRD的多目标优化问题。优化结果表明:经协同优化设计后的受控结构性能优于串行设计的;耦合地震作用的优化结果稍大于只考虑水平地震作用的。     

提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法

工程结构的抗震能力是社会抗震防灾系统的第一道防线。建筑物的倒塌是造成地震灾害的主要原因。建筑物在地震中的破坏程度,大体决定了震害的严重程度。因此,建筑结构的抗震能力,特别是抗地震倒塌能力,是地震区抗震防灾能力的最重要组成部分。文中运用系统科学的思想,介绍了提高建筑结构整体抗震能力的设计思想,结合汶川地震中建筑震害的教训,重点针对建筑结构抗地震倒塌能力,讨论了建筑结构抗震设计中应注意的问题和改进建议。研究结果表明:建筑结构系统的安全储备分为基本安全储备、整体安全储备与意外安全储备三个层次。结构的整体抗震能力和抗地震倒塌能力取决于整体安全储备和意外安全储备,意外安全储备不足是汶川地震建筑结构震害严重的主要原因。结构系统的意外安全储备主要来自其鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性。目前对于结构系统的整体安全储备和意外安全储备的研究很不够,结构设计规范的相关规定和要求也有待进一步完善。     

隧道结构防火研究综述

随着我国交通隧道建设的飞速发展,隧道的消防安全问题也随之而来,并且受到越来越多的关注;结合国内外近年来在隧道结构被动防火方面的研究进展,总结了隧道火灾的危害性和特点,以及提高隧道衬砌结构耐火性能的措施,为保障隧道的消防安全提供一些参考,并对需进一步深入研究的问题提出建议。     

钢屋盖结构防火的性能化消防工程分析

因为建筑学上和构造上的原因,越来越多的建筑设计采用了钢结构。为了保证建筑结构构件的完整性,建筑规范提出了结构耐火性能的要求。但是,已规定的要求没有促进具有良好经济效益的设计,并且假定遵照规范是达到安全等级的唯一途径。本论文提出采用以性能设计为基础的消防工程理论方法来证明火灾中钢构件的性能。消防工程准则已发展至符合规范的要求,并能保证结构在火灾中的安全性能。本文采用一个游泳/跳水馆作为例子来讨论对钢屋顶结构进行耐火保护。本例的研究表明,游泳/跳水馆的钢屋顶结构可以不用耐火涂料,并且不会降低整个建筑的防火安全等级。     

外伸端板节点的实用防火设计

梁柱节点对钢结构在火灾中的性能产生显著影响,这一点尽管已经广为人知,但是一直以来都没有一种方法可以分析评估火灾中外伸端板节点的性能。本文基于中国钢结构设计规范[中国钢结构设计规范,2003]和建筑钢结构防火技术规范[中国建筑钢结构防火技术规范,CECS,2006],分析了火灾中外伸端板节点的承载力,考虑了钢材在温度升高时的力学特性。基于组合节点包括螺栓、外伸端板、柱翼缘和节点域等,在温度升高时的承载力,提出了一个用于节点防火计算和评估的实用方法。采用此法对2个外伸端板节点的临界温度进行了预测。通过与试验结果的对比验证了该方法的有效性。     

某广场火灾后结构加固设计

建筑物遭受火灾高温后,构件的承载力、变形、耐久性、抗震性能等受到不同程度的损伤,使整个建筑结构的耐久性、安全性降低。因此,火灾后必须对结构构件进行正确计算,然后选择合适的加固方案,使结构的安全性恢复到灾前水平。     

焊接型钢-混凝土组合节点的震后耐火和抗震性能

介绍了采用多目标方法设计的型钢-混凝土全强度组合节点的性能,同时考虑抗震和耐火。传统的单目标设计方法没有考虑地震作用和耐火荷载次序,独立研究耐火安全和抗震安全。所建议的设计方法保证:1)偶然工况下的抗震安全和耐火安全;2)至少曝露在火灾下15min的节点的耐火安全,通过由地震作用引起的刚度和强度退化描述节点。为了达到多目标设计,根据欧洲规范3(1-8部分)及欧洲规范4(1-1部分)的组件法设计全强度梁-组合柱节点,根据欧洲规范4(1-2部分)进行耐火设计。为应对地震引起的火灾,通过特殊节点构造进行加强。介绍节点抗震试验、预损伤试验和耐火试验的过程和结果,并进行探讨。根据设计和性能,验证它们的可靠性。非线性数值模拟结果表明:对于性能因子为4的中等延性抗弯框架,这些节点是足够安全的。     

某鼓楼式高层酒店结构抗火与防火设计分析

以某鼓楼式高层建筑为例,针对其造型独特、外观新颖和民族特色鲜明的特点,以结构抗火和防火设计中存在的难点为切入点,在确保该建筑的结构抗火和建筑防火安全的前提下,依据国家有关规范、标准,基于结构可靠度和智慧防火理念,对其结构抗火材料、安全疏散、消防登高操作场地及消防设施设计的优化措施进行探讨。提出在设计类似鼓楼式的高层建筑时,应充分考虑火灾与风荷载等多灾种的耦合性,积极应用智慧消防等新技术,全面提升其结构可靠度和消防安全性。     

某砖混结构房屋火灾后检测与加固方法研究

通过对某7层砖混住宅楼火灾后结构安全性检测,结合国内目前现行的相关规范、标准,探讨了砖混结构火灾后结构性能检测及加固修复措施,以期有效控制和减少火灾对建筑的危害。     

基于MSC/Patran的建筑结构火灾反应分析系统研究

为适应建筑特殊设计与分析的需要,研究了整体结构火灾反应分析的系统实现方法,并以MSC/Patran为平台,利用其提供的PCL,结合Fortran语言,通过客户化以及窗体增设等技术开发了建筑结构火灾反应分析系统.系统采用了自开发纤维梁与分层壳单元模型以及结构瞬态热传导分析模块,能够实现火灾下建筑结构火灾反应过程计算与分析...