大跨度空间张弦桁架结构抗连续倒塌性能研究

大跨度空间张弦桁架结构在局部初始破坏下的传力模式和倒塌机理应深入研究。基于验证后的有限元模型,分别对拉索、柱、支座下弦杆失效下张弦桁架结构的抗连续倒塌性能进行研究,在此基础上给出提升此类结构抗连续倒塌性能的具体措施。研究结果表明:单榀张弦桁架传力路径单一,拉索和支座处下弦杆的失效会导致结构发生连续倒塌。由于纵向联系桁架的支撑作用,相邻榀张弦桁架参与工作,空间张弦桁架结构的最大应力及位移较单榀时大大减小,空间效应显著,在拉索、柱、支座下弦杆失效时均未发生完全倒塌。基于大跨度空间张弦桁架结构的抗倒塌模式,加强张弦桁架和纵向联系桁架交叉区域的弦杆及支座处腹杆、将单索换为双索能够有效提升大跨度空间张弦桁架结构的抗连续倒塌性能。     

大跨度单层编织拱壳抗连续倒塌分析

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下的结构抗连续倒塌动力分析。利用应力比法分析站房结构屋盖的重要构件,采用ABAQUS软件对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国规范的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明,在不同位置支座失效的情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。     

铁路枢纽单层编织拱壳屋盖连续倒塌分析研究

为减少局部构件破坏引起结构连续倒塌的可能性,运用等效荷载瞬时卸载法对一综合交通枢纽中央站房屋盖进行了不同支座失效情况下结构抗连续倒塌的动力分析。利用应力比法分析了站房结构屋盖的重要构件,采用有限元程序ABAQUS对结构进行非线性动力分析,构件破坏判断标准参考美国标准UFC4-023-03的要求。介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则,分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明:在不同位置支座失效情况下,该屋盖发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;边支座失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围,不会造成整体结构的连续坍塌。     

考虑支座性能弦支穹顶空间结构静动力性能分析

以沁阳体育馆为工程背景,建立考虑支座实际工作性能的弦支穹顶屋盖结构单体模型、考虑支座实际工作性能的整体模型。与理想支座连接的简化单体模型进行静动力响应对比分析。对简化单体模型计算结果进行误差分析,为这一类弦支穹顶结构的设计提供参考。     

弹簧阻尼支座对体育场钢结构抗连续倒塌的减振分析

阐述了弹簧阻尼支座减振原理,给出了其构造形式,介绍了拆除构件法中采用非线性动力分析方法的计算原理,以第三届亚洲青年运动会体育场钢结构屋盖作为研究对象,对拉杆系统连续失效情况下结构的响应进行分析,研究弹簧阻尼支座对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:体育场钢结构屋盖的抗连续倒塌能力良好,拉杆系统连续失效结构悬挑端最大竖向位移为387 mm,挠度为1/90,不会导致结构整体倒塌; 构件拆除后,结构立即进入运动状态,结构动能、应变能、悬挑端竖向位移、支座腹杆应力均在拆除瞬间陡增,达到峰值后逐步减小,并随时间增加反复振荡,最后趋于稳定,结构重新达到稳定平衡; 采用非线性动力方法计算的悬挑端竖向位移、关键杆件应力略大于静力分析方法,偏于安全; 弹簧阻尼支座能有效减小结构动力响应,提高结构防连续倒塌能力,其减振效果受弹簧和阻尼共同影响; 当结构采用了弹簧阻尼支座等消能部件时,对结构进行抗连续倒塌分析时应采用非线性动力分析方法考虑消能部件的有利影响。     

梅江会展中心张弦桁架抗连续倒塌分析

通过对天津梅江会展中心张弦桁架移除关键构件后的残余结构的承载力分析,得到张弦结构的支座、边索和边跨桁架支座处下弦杆等关键构件的破坏对结构承载力影响最大;为了模拟杆件失效前静力荷载产生的初始变形对结构连续倒塌的影响,采用考虑初始变形的全动力等效荷载瞬时卸载法模拟杆件失效。对支座、边索和边跨桁架支座处下弦杆失效进行连续倒塌动力分析,研究了纵向联系桁架对张弦结构抗连续倒塌的作用,得到平面张弦桁架通过纵向联系桁架组装成一整体,其整体性随着纵向联系构件抗弯刚度的增大而提高,共同作用效果明显。在此基础上,利用山墙的抗风柱,将边跨张弦桁架改变为多支点支承的普通桁架,设计时该抗风柱不仅承担水平风荷载,还承担竖向荷载,从而提高结构的抗连续倒塌能力。并根据该工程的特点提出集桁架支座、张拉端（锚固端）和桁架下弦管于一体的铸钢节点构造,不仅满足建筑要求,还使得该处节点承载力大大加强,可供相关工程参考。     

十堰某体育馆106m跨内凹弦支穹顶结构设计关键问题研究

十堰某体育馆主体结构采用框架-剪力墙结构体系,上部106m大跨内凹形屋盖采用弦支穹顶结构体系。为了满足建筑简洁性及结构合理性需求,对屋盖进行了四角锥网架、弦支穹顶及网架-弦支穹顶组合的不同结构形式对比,最终选用结构轻巧、经济性好的弦支穹顶结构体系。结合弦支穹顶结构自身的受力特点以及其对下部结构的不利影响,对弦支穹顶结构上下弦布置、扭转刚度、支座约束条件、撑杆高度等进行了优化。对弦支穹顶断索情况下的响应、不同工况下的支座位移以及拉索低应力状态下的刚度退化进行了验算。结果表明,优化后的屋盖结构满足结构安全、适用性的要求,同时也有较高的冗余度。     

新中国国际展览中心预应力立体管桁架屋盖结构设计

新中国国际展览中心工程属2008奥运配套工程。一期工程为8个主展馆,各展馆平面均为71m×172m的矩形,分别由10榀倒三角形预应力立体管桁架构成屋盖体系,桁架跨度为70.2m。桁架下弦为方钢管,其余杆件均为圆钢管,预应力索穿于下弦杆内,支座采用铸钢单向铰支座。结合具体结构设计,进行了屋盖结构静力性能分析、单榀桁架出平面稳定验算、屋盖中震弹性验算、结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算,并进行了单榀桁架断索及单榀桁架失效等极端工况下屋盖体系的抗连续倒塌验算。研究结果表明,结构各项性能均满足规范要求,并具有良好的静、动力受力性能。     

Geiger型索穹顶结构模型抗连续倒塌试验研究

索穹顶结构冗余度低,关键构件的破坏可能会引起结构连续倒塌。为了解索穹顶结构的抗倒塌性能,并找出影响该结构体系抗连续倒塌性能的关键构件,采用拆除构件法对跨度6 m的Geiger型索穹顶结构模型进行了抗连续倒塌试验研究。结果表明：单根构件破断后,除个别构件外,其他大多数构件的内力均减小;不同工况下,产生最大竖向位移的节点随破断构件的位置不同而不同,单根构件破断引起的结构最大竖向位移为跨度的1/14;影响索穹顶结构抗连续倒塌性能的关键构件是环索及外斜索;对于同类型构件,构件失效位置对结构抗倒塌性能的影响由内向外依次增大;保证外圈环索不失效是索穹顶结构抗倒塌的关键。     

钢桁架屋盖结构抗火设计实用方法

钢桁架结构作为大空间建筑屋盖结构常用的形式之一,其火灾下的承载能力对于保证大空间建筑屋盖结构在规定耐火极限内的安全性至关重要。采用有限元数值分析方法和结构力学理论分析,对桁架屋盖在多参数影响下的抗火性能进行了研究,发现平面外支座约束条件、火源位置及结构荷载比是影响钢桁架结构抗火承载力的关键因素;桁架屋盖体系中的支撑构件在火灾下失效会使桁架平面外支座约束方式产生变化,从而影响上弦杆件平面外抗火承载力;基于整体结构受火性能,提出了钢桁架屋盖抗火设计实用方法,该方法有助于明确临界温度法或承载力法中相关参量的取值,为基于计算评价桁架屋盖结构在大空间建筑火灾下的抗火性能提供科学的依据。     

合肥滨湖国际会展中心综合馆大跨度钢-铝组合张弦空间桁架屋盖体系设计技术研究

针对合肥滨湖国际会展中心综合馆大跨度屋盖,提出一种钢-铝组合张弦空间桁架新型受力体系,其中上部组合桁架的下弦杆、腹杆采用钢构件,组合桁架上弦杆采用铝合金型材,撑杆和拉索为钢结构,该体系集合了传统张弦桁架空间受力特点和铝合金结构的优点,形成铝合金主结构与屋盖围护系统一体化设计。介绍了屋盖受力体系的构成、钢-铝合金连接节点、一体化屋面和张弦桁架的分析设计结果,同时研究了屋盖结构的稳定性、抗连续倒塌等问题。分析结果表明,屋盖体系各项指标均满足规范要求,可为钢-铝合金组合空间桁架结构体系的研究和应用提供参考。     

天津中医药大学体育馆不连续支承弦支穹顶结构抗火分析

以天津中医药大学体育馆为背景,对大跨度不连续支承弦支穹顶结构进行抗火性能分析。利用高大空间火灾升温公式对结构进行火灾温度场模拟。采用ANSYS软件对不连续支承弦支穹顶结构进行火灾响应分析,得到火灾下该结构变形规律、节点位移及构件预应力损失规律;改变火源位置和火源释热功率,探究火源参数变化对结构抗火性能的影响。结果表明：中心火源工况下,不连续支承弦支穹顶结构变形呈“部分微上凸,局部桁架处下陷明显”;该结构对偏心火灾敏感,偏心火灾下结构最大正、负向位移及环索预应力损失较中心火灾显著增大,且第1、2圈部分环索预应力降为0;局部桁架处压杆及第1、2圈环索为抗火设计重点。火源释热功率越大对不连续支承弦支穹顶结构抗火越不利,但火源释热功率改变对结构火灾响应的影响较小。     

成都市锦城广场大跨度钢木组合屋盖结构分析与设计

成都市锦城广场综合换乘服务中心屋盖采用大跨度钢木组合结构,以下弦胶合木交叉拱为主要受力构件,腹杆及上弦杆件采用圆钢管.除对屋盖结构进行静力荷载效应的设计与分析外,采用振型分解反应谱法和时程分析法进行了屋盖结构在多遇地震及罕遇地震下的地震响应分析,对结构的非线性稳定性、抗连续倒塌性能进行了研究,并补充了罕遇地震下的动力弹...     

某大跨度可开合空间网架屋盖连续倒塌分析

针对某大跨度可开合空间网架屋盖,分析其在17级台风荷载作用下的抗连续倒塌性能.采用构件拆除法,分别拆除结构敏感性最高的单根、前6根及前10根杆件,按一阶屈曲模态分布考虑初始缺陷的影响,通过结构极限承载力的变化来评估拆除杆件后是否会引发其连续倒塌.结果表明,结构在17级台风作用下开合屋盖结构单根构件失效后仍然拥有较高的冗...     

空间管桁架结构连续倒塌试验研究

为揭示空间管桁架结构的连续倒塌破坏机理,对空间管桁架结构平面体系进行了连续倒塌动力试验研究。试验设计了杆件失效激发装置,模拟了桁架杆件的初始破坏,通过对剩余结构杆件应变和节点位移的测量,以考察剩余结构的动力响应。试验结果与数值模拟分析结果的比较说明,基于OpenSees程序的连续倒塌数值模拟分析能够较好地模拟初始局部破坏后剩余结构的动力响应。试验结果表明,下弦杆初始破坏后,结构发生转动铰机制下内力重分布,易引起较大的竖向变形及杆件内力变化,对结构的抗连续倒塌性能产生不利影响;且桁架弦杆对接焊缝的质量显著影响了结构的抗连续倒塌能力。     

滨海图书馆整体结构抗连续倒塌分析

滨海图书馆位于天津滨海新区文化中心,为大跨度连体结构,采用组合钢框架-支撑体系。结构第5层和第6层采用贯通两层的54m跨度的钢桁架相连,该桁架下部无支撑,整体结构竖向构件较少,因此竖向构件承受荷载较大,竖向构件失效将对结构产生重要影响,可能发生整体结构连续倒塌。采用SAP2000有限元软件,以非线性动力拆除构件法为基本分析方法,对结构地下1层与地上1层共44根柱子进行拆除,以分析结构的抗连续倒塌性能。结果表明,分别拆除44根柱子均不会引起结构的连续倒塌,滨海图书馆整体结构抗连续倒塌性能良好。     

火灾下双层柱面网壳结构连续倒塌分析

采用全过程动态拆除构件法进行火灾下某双层柱面网壳结构的连续倒塌分析,准确地模拟了火灾下网壳结构的连续倒塌行为及连续倒塌过程中构件拆除引起的结构动力响应.火灾下双层柱面网壳结构的关键构件为横向下弦杆及与之相连的受压腹杆,这些构件的失效沿纵、横两个方向的扩展将引起网壳的连续倒塌.连续倒塌过程中网壳结构动力响应的大小与失效构...     

张弦空间结构与下部结构静力相互作用分析

根据国内张弦结构项目屋盖的关键受力构件布置方式与支承边界平面水平投影线的组合进行了屋盖结构分类,从屋盖支座设置方式和索初始预拉力入手,分析了张弦桁架结构屋盖在不同支座形式时不同索初始预拉力对下部支承结构的作用力及屋盖结构的力学响应。分析表明,为充分实现张弦屋盖的自身控制功能,降低张弦桁架空间屋盖与下部支承结构的静力相互作用影响,应从屋盖结构总体系的层面综合考虑进行张弦桁架空间屋盖结构的布置,合理确定索初始预拉力,从而正确选择结构静力设计计算模型。     

基于抗连续倒塌分析的某连体结构方案比选

通过预设连体部位结构抗震性能目标,关注连体结构方案的抗连续倒塌性能,详细论述了某大跨连体结构分别采用大跨度楼面钢梁、大跨度钢梁转换、大跨度空腹桁架转换以及大跨度实腹桁架转换等4个方案的技术、经济可行性。分析结果表明,大跨实腹桁架转换方案在材料用量及满足建筑需求等方面综合较优;大跨钢梁转换方案抗连续倒塌能力较弱,大跨度楼面钢梁方案次之,大跨度桁架转换方案具有较好的抗连续倒塌能力,通过在各榀转换主桁架之间设置横向联系次桁架,可进一步加强连体部位转换桁架的抗连续倒塌能力;连体部位结构采用多榀结构布置方案,符合“结构分区”抗连续倒塌概念设计要求,可有效控制连续倒塌范围。由于偶然作用的随机性、不确定性,抗连续倒塌拆除构件法的“构件”由重要竖向构件扩展到重要水平构件是必要的;对类似桁架等平面及空间结构类型,拆除构件法的“构件”进一步扩展到受力单元“构件组”更加合理。     

大跨弦支穹顶结构非一致地震响应研究

对椭圆形弦支穹顶屋盖结构的动力特性和地震响应进行了有限元分析.分析中考虑了预应力大变形作用以及不同预应力水平的影响.通过结构前60阶自振频率和模态振型的对比分析,发现该弦支穹顶结构模态频率分布相当密集,以中间张弦穹顶的竖向自由振动模态为主.结构的地震响应计算结果表明,在多维多点非一致地震激励下,该弦支穹顶结构的位移响应以及环索、撑杆等重要构件的内力响应随着地震波波速的增大而减小,并逐步接近其一致地震激励下的动力响应.