《大跨度弦支結構的魯棒性理論及試驗研究》是依託浙江大學，由高博青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大跨度弦支結構的魯棒性理論及試驗研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：高博青
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
現有的大跨度鋼結構設計中較少考慮結構受到意外干擾時的性能，但近年來人為事故和自然災害對其破壞性愈加突出，結構倒塌事件時有發生。增強結構的魯棒性可以降低其對干擾的敏感性，提高抗倒塌能力。目前，結構魯棒性研究主要集中在簡單的桁架、框架結構，在複雜的大跨度空間結構領域中尚為空白，且缺乏有效的數值表達和可行的設計方法。本課題首先擴展結構魯棒性的範疇，建立多層次的結構魯棒性評價體系；其次，選擇空間結構中單元類型齊全的弦支結構，將有限元和拓撲理論相結合，研究其失效機理、失效場景及綜合考慮魯棒性和經濟性的結構最佳化策略；再次，研究相關參數對弦支結構魯棒性的敏感度，探索合理的弦支結構新形式，提出基於魯棒性的結構設計原則；最後，進行多個類型的模型試驗，驗證本課題提出的結構魯棒性理論的合理性。通過本課題的研究，將建立弦支結構魯棒性的評價體系和分析方法，提高結構抵抗不相稱破壞的能力，為相關規程的編制提供理論依據。
結題摘要
格線結構與弦支格線結構是最為廣泛套用的空間結構形式，但目前設計時較少考慮結構受到意外干擾時的性能。增強結構的魯棒性可以降低其對干擾的敏感性，提高結構抵抗不相稱破壞的能力。目前，空間結構的魯棒性研究甚少，因此，對空間格線和弦支格線結構的魯棒性理論進行系統研究，具有十分重要的理論意義和工程價值。 本項目從結構魯棒性定量評價指標、基於魯棒性的最佳化設計方法、多工況下格線結構的魯棒設計、弦支格線結構的魯棒設計、弦支格線結構的布索理論和模型試驗等幾個層次展開研究。具體內容如下： 借鑑H2/H∞最優的思想，針對線性結構系統，根據定性描述的結構魯棒性定義，從結構自身的屬性出發，建立了H2/H∞結構魯棒性定量評價指標。闡釋了H2/H∞魯棒性指標的性質、物理意義，以及影響結構魯棒性的因素，驗證了提出的評價指標的合理性和有效性。 針對非線性結構系統，引入L2性能準則，利用凸集模型表達不確定性干擾，給出考慮彈塑性的結構魯棒性計算公式，進而分析彈塑性、冗餘度以及外部荷載和結構自身的不確定性與魯棒性的關係。以上兩部分研究為基於魯棒性的結構分析與設計提供了理論基礎。 以結構魯棒性H2為最佳化目標、H∞為約束條件，通過考慮多種荷載工況下的連續體拓撲最佳化，搜尋魯棒性能最佳的結構剛度分布形式。 通過引入初始預應力，提出魯棒構型與初始預應力的聯合最佳化方法，實現對弦支格線結構的魯棒設計。 通過Hough變換提取布索位置曲線，並最佳化索端點位置，通過結構的布索理論最佳化出合理的布索方案。 分別按照魯棒設計和常規設計製作四個雙曲扁網殼結構模型，通過模擬動力衝擊和靜力超載兩種干擾場景，觀測了結構的位移回響和失效場景，對比四個模型的魯棒性能，驗證了基於魯棒構型設計的格線結構、弦支結構，具有更好的魯棒性。
