基本介紹
- 中文名：剛性結構
- 外文名：rigid structure
- 學科：建築工程
- 類別：耐震結構
- 特點：增強建築物的整體剛性
- 作用：抗震
簡介,類別,擬動力試驗方法,有關術語,結構構件重要性研究現狀,
簡介
在結構工程的研究中，我們可以從結構是否需要預應力來保持穩定，將結構分為柔性結構和剛性結構兩個大類。在眾多的空間結抅形式中，網架與網殼結構就是最為典型的剛性結構。這些結構以其受力合理、計算簡便、剛度大、材料省、桿件單一、製作安裝方便等優點，得到了最為廣泛的套用。進一步的，根據桿件的連線方式以及其傳遞的內力，可以將網架與網殼結構分為桿繫結構、梁繫結構以及梁桿組合結構三類。
類別
桿繫結構體系
桿繫結構體系是指節點完全鉸接，桿件只傳遞軸力而不能傳遞彎矩的一種結構體系。在分析計算中，考慮外力均作用於節點上，所以單元受剪力和彎矩的作用，由此，桿繫結構體系中的桿件只有軸向拉伸的作用。一般的街架、網架結構、雙層網殼結構就是典型的桿繫結構體系。
梁繫結構體系
梁繫結構體系是指節點兩端剛接，桿件除傳遞軸力外，同時也傳遞彎矩、扭矩與剪力的一種結構體系。其所受外力只作用於節點上，在分析計算中，桿件除了受到軸向拉伸以外，還要受到彎矩、扭矩和剪力的作用。網殼結構中的空腹網殼、單層網殼結構就是典型的梁繫結構。
梁桿組合結構體系
為了適應複雜的使用情況，工程實際中的許多結構並不是由單一的某種體系構成的，而是由多種結構體系組成的梁桿組合結構體系，其不同部位桿件分屬不同的結構體系，而結構整體則兼具桿繫結構和梁繫結構的特徵。例如局部雙層網殼、組合網殼等都屬於常見的梁桿組合結構。
擬動力試驗方法
擬動力試驗方法是一種相對新型的結構抗震試驗方法。這種方法將計算機與載入作動器在線上結合使用，有許多的實現方式，同時賦予了這種方法極大的發展空間。本質上，擬動力試驗實際上就是一個時程分析過程，惟一不同的是計算中需要的結構的剛度特性參數是由試驗得到的，而不是在計算之前通過選擇某一種恢復力模型假定的。這樣通過在在線上試驗中使用作動器施加計算得到的位移，就可以測得真實的與回響相關的結構恢復力。
擬動力試驗方法結合了擬靜力試驗和振動台試驗兩者的優點。當然它也有自身特定的限制 ，主要有：結構的剛度不能太大；試驗系統誤差( 特別是控制誤差)需要被嚴格限制；不適用於分布質量很大的結構( 包括混凝土水壩) ；如果結構的回響對粘滯阻尼特性非常敏感， 而且很難準確地識別， 擬動力試驗方法就不適用；無法對用應變速率敏感的材料製成的試件進行試驗。剛性多自由度體系的擬動力試驗還具有如下困難：
穩定條件過於嚴格：對於剛性試驗，結構最高固有頻率很大，由於標準顯式積分算法需要的穩定條件，可能導致積分時間間隔過小。
位移增量很小：即使積分時間間隔可以接受，施加很小的位移增量將在被控制的自由度上引入很高的位移控制誤差。最不利的情況是，增量可能小於液壓作動器的解析度。
位移測量誤差：因為剛性結構的試驗位移範圍很小，相對而言，位移測量誤差可能很高，導致誤差累積以及最終結構回響的錯誤。
試驗誤差增長：試驗誤差來源和誤差傳播效應引起的虛假的高階效應，可能達到無法接受的程度。這種效應甚至可能導致試驗方法的失效。另外，如果時間積分間隔很小，時間長度一定的回響模擬需要更多的積分和載入步長，這同樣會引起嚴重的試驗誤差累積問題。
有關術語
耐震結構
耐震結構是指經過設計，可以在一定程度上抵抗地震或減少地震破壞性的建築結構。常見的耐震結構有多層砌體房屋、多層內框架房屋等。尤其是在地震多發區，耐震結構極大減少了地震帶來的危害。
柔性結構
柔性結構是指在建築物或構造物上設定的一種耐震結構。相對剛性結構而言。一般把柱、梁設計得較細，柱、梁等結合部剛性較小或延長其固有周期。與剛性結構相比，由於是由地面向下插入式結構，因此承受的地震力較小，比較適合高層大樓的結構設計。
結構構件重要性研究現狀
結構體系以及幾何穩定的判斷是一個古老的課題，隨著建築科技的不斷發展，在結構安全性研究方面，也有越來越多的新的理論被提出。空間結構在近年來得到了蓬勃的發展，而這些結構體系新穎、體量巨大、受力複雜的結構的安全性。也開始越來越得到人們的重視。為了評價這些複雜結構的在常遇荷載和偶然荷載下的表現，學者們借鑑自動控制、電力系統、生命線工程等行業的做法，引入了結構魯棒性的概念。所謂結構的魯棒性，主要是指結構構件分布拓撲關係的穩健性，它的反義就是結構的易損性。早期關於魯棒性的研究，還停留在依據設計經驗的定性分析上。但隨著建築科技的進步，如大跨空間結構一類的複雜結構開始越來越多的套用到工程實踐中，原有的設計經驗已經難以滿足設計要求，對於魯棒性的定量計算，也開始越來越多的引起人們的重視。每一個結構都是一個個單元組成的整體，理論上來講，只要能夠保證每一根桿件在正常範圍內工作，就能保證結構整體的安全。因此，評價結構中桿件的重要性，是對魯棒性進行定量評價的關鍵所在。也正是基於這樣的思路，國外內學者對於結構重要性係數主要進行了許多研究。總體上，從是否考慮外荷載的角度出發，構件重要性的定量判斷方法可以分為兩大類。一類是與外荷載作用無關的評價方法，此類方法的評價目標是結構系統自身的屬性，一般是從結構本身的拓撲關係和剛度分布情況來分析結構構件的重要性層次。另一類是與外荷載作用相關的評價方法，此類方法不僅考慮結構自身屬性，還考慮結構上的荷載分布和傳力路徑的影響。
