单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

基于遗传-模拟退火算法的单层球面网壳结构破坏模式优化

将遗传算法和模拟退火算法相结合,以遗传算法作为基础,将模拟退火机制融入其中,提出遗传-模拟退火算法(GASA)。通过三个经典函数最小值求解,表明混合算法在优化行为、优化效率及稳定性方面均具有明显优势。以构件截面为优化变量,应用构形易损性理论,以结构集簇过程中自由簇构形度Q标准差最小为优化目标,建立单层球面网壳结构倒塌破坏模式优化模型。以一个原型跨度75m、相似比1∶10的单层球壳振动台试验模型为例,采用GASA算法对此试验模型进行倒塌模式优化分析,通过优化前后自由簇构形度变化规律和加速度时程分析结果的对比,表明提出的优化方法及优化模型能够实现单层球面网壳在地震作用下的倒塌模式从无征兆的动力失稳破坏转化为承载力强度破坏。     

磁流变阻尼器在单层网壳结构抗倒塌设计中的应用

单层网壳冗余度低,个别杆件失效容易引起结构整体倒塌破坏,对结构施加半主动控制可提高结构抗倒塌能力。首先在ABAQUS中开发了磁流变阻尼器单元,对所开发的单元进行不同电压下力学特性测试,结果表明所开发的单元能够模拟磁流变阻尼器力学特性,可用于结构振动控制中。随后应用磁流变阻尼器单元对不同地震作用下单层网壳进行抗倒塌设计分析,结果表明,在单层网壳结构中增加磁流变阻尼器可减小地震作用下结构杆件应力和位移,提高结构抗倒塌能力。     

空间网格结构连续性倒塌试验研究

为研究空间网格结构遭遇局部初始破坏后的结构响应、倒塌过程与倒塌机制,以单层球面网壳结构为研究对象,进行了1个直径为4.2m,矢跨比为1/7的凯威特型网壳结构整体模型的连续性倒塌试验。施加节点集中荷载,采用自主研发的杆件破断触发装置使网壳模型的1根经向杆件发生突然破断,并以采样频率100Hz采集网壳模型各位置杆件的高频动应变响应,基于高速摄像测量技术（帧频200fps）获取模型节点的高速动位移响应。初始破坏发生后,网壳模型呈现出自破坏局部向周围逐步扩展的连续性破坏,最终整个模型完全翻转并在一系列最外层杆件断裂后部分坠落。试验结果表明：尽管单层球面网壳结构杆件众多,但单根杆件的失效仍可能触发连锁反应,导致整体结构的连续性倒塌;单根杆件破坏后,局部内力重分布导致的杆端节点出现点失稳,并引发周围节点顺次向下运动,这也是单层球面网壳结构遭遇局部初始破坏后倒塌的主要模式。     

增量动力分析在单层网壳倒塌评估中的应用

增量动力分析已经成为结构抗震性能评估的重要方法之一,但其在空间结构中的应用还处于空白.本文利用增量动力分析方法对某单层网壳进行了抗震性能评估.以地震峰值加速度和最大位移为地震动参数和工程需求参数对该网壳进行了增量动力分析.根据分析结果,计算了该网壳在任意峰值加速度下的倒塌概率,结合地震动危险性曲线,得到了该网壳的年度平均倒塌概率.计算结果表明,该单层网壳具有较高的抗倒塌性能;增量动力分析可以应用于单层网壳的地震倒塌评估.     

ABAQUS在结构连续倒塌数值模拟中的应用

以某超限高层结构为例,基于ABAQUS/Explicit方法对结构在地震作用下连续倒塌的数值模拟方法进行了研究,开发了适用于模拟倒塌分析中纤维梁单元的混凝土和钢筋/钢材材料子程序。基于混凝土损伤模型实现模拟墙板壳单元的刚度退化,通过截面点"生死"模拟纤维梁单元失效,并同时考虑倒塌过程中单元的碰撞接触。通过不同幅值的强震记录对结构进行了连续倒塌模拟,从纤维梁单元应力-应变时程曲线、结构整体响应和倒塌过程等方面对结构倒塌性能进行了分析和评估,验证了模拟方法的合理性,为结构进一步的性能设计提供了依据,并为相关研究提供参考和思路。     

强震下单层纵边支承柱面网壳连续倒塌模式及机理

对单层纵边支承单斜杆柱面网壳进行连续倒塌全过程的非线性仿真计算,通过对地震过程中结构构件变形、受力、损伤等参量发展特征的研究分析,提出纵边支承柱面网壳强震条件下的"双斜杆断裂带"连续倒塌模式,并把该模式分为三阶段,阐述了结构连续倒塌全过程的机理.分析了不同地震峰值加速度条件下这三个阶段中结构重心竖向位移的变化特征,在此基础上提出了适用于单层柱面网壳结构的性态水平描述,并建立基于结构重心竖向相对位移的损伤评估指数.     

巨型支撑框架—核心筒超高层建筑的地震倒塌模拟

研究超高层建筑的地震倒塌模拟有很重要的现实意义。尽管在高烈度地震区巨型支撑框架-核心筒超高层建筑是高层结构体系中比较常见的一种,但却很少研究这种建筑在地震突发事件中的失效模式和倒塌机制。研究在中国高危地震带建造的巨型支撑框架-核心筒超高层建筑(H=550m)在最大0.9g(g为重力加速度)谱加速度下的倒塌行为。根据纤维梁模型和多层壳模型建立有限元模型。分析这种建筑的动态特性并进行地震倒塌模拟。最后,详细地探讨其在地震倒塌中的失效模式和机理。此研究可作为类似的超高层建筑抗倒塌设计的参考。     

屋面系统对单层球面网壳稳定性及地震响应的影响研究

单层球面网壳的静力稳定性及抗震性能已经取得较为系统的研究成果,但在传统的研究方法中,学者们只考虑结构部分,忽略了屋面板、吊顶、隔墙等非结构构件的影响;其中,屋面系统作为一类非结构构件,其平面刚度较大、在动力荷载下的阻尼也较大的特点会在一定程度上影响结构的受力特性。因此,选取考虑屋面系统的单层球面网壳作为研究对象,开展屋面系统对于单层球面网壳弹塑性稳定性及抗震性能的影响研究。采用有限元分析软件ABAQUS分别建立带屋面系统单层球面网壳和传统单层球壳的数值模型;通过弧长法分别对两种模型进行均布荷载作用下的非线性数值模拟,对比分析屋面系统对单层球面网壳弹塑性稳定承载力的影响;对考虑屋面系统的网壳结构进行不同地震荷载作用下的时程动力分析,采用基于响应的分析方法,考察屋面系统对于网壳结构抗震性能的影响,得到屋面系统会显著提高网壳整体刚度、增强结构抗震能力的结论;本研究可为以后网壳结构的理论研究及工程实践提供一定的参考。     

突变理论在单层网壳屈曲分析中的应用

将突变理论应用于大跨空间结构,推导了单层网壳结构的总势能方程、平衡曲面方程和分叉集方程,证明了单层网壳结构的突变模型符合尖点突变模型,并且通过计算拟合出结果各曲线和数据,验证了理论推导的正确性,并且为研究连续倒塌得出了一些有意义的数据。