斜拉結構的魯棒性及其抗連續倒塌性能研究

《斜拉結構的魯棒性及其抗連續倒塌性能研究》是依託東南大學，由馮健擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：斜拉結構的魯棒性及其抗連續倒塌性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮健
• 依託單位：東南大學

中文摘要

為減少意外事件下大跨空間結構的倒塌事故，本項目針對套用廣泛的斜拉結構，研究其魯棒性、抗連續倒塌性能和倒塌控制策略。從能量角度出發，結合敏感性分析思想，提出一種構件重要性判斷方法；並提出一種空間結構的對稱性搜尋和判斷的方法，利用群論修正求解策略，提高計算效率。在此基礎上，結合構件自身的可靠度，進行斜拉結構的魯棒性研究。利用向量式有限元方法編制斜拉結構連續倒塌數值模擬程式，研究斜拉結構在初始桿件失效後的內力重分布機制與結構連續倒塌機理，並分析合理的初始預應力水平和分布。用摺紙型屈曲約束構件代替結構中的關鍵桿件，提高斜拉結構抗連續倒塌能力；並研究檁條、屋面板對斜拉結構抗連續倒塌能力的作用。為驗證連續倒塌數值模擬方法和結果的正確性，進行斜拉結構及利用倒塌控制策略加強後斜拉結構的連續倒塌動力試驗研究；在模型試驗的基礎上，提出相應的設計、施工建議。本項目的完成將對我國大跨空間結構的發展起到重要作用。

結題摘要

為減少意外事件下大跨空間結構的倒塌事故，本項目針對套用廣泛的斜拉結構，研究其魯棒性、抗連續倒塌性能和倒塌控制策略。結合敏感性分析思想，充分考慮到空間格線結構非線性明顯的特徵，提出了一種基於切線剛度的重要構件判斷方法，進一步驗證了剛度矩陣的行列式比結構穩定因子更適合作為結構的回響。分別定義了無荷載作用下的構件重要性係數和荷載作用下的重要性係數，通過算例分析了不同支座條件、構件剛度、荷載等級和荷載分布形式對構件重要性的影響及相應的變化規律。將構件失效前後桿件應變能的變化作為結構魯棒性的衡量指標，提出一種空間結構的對稱性搜尋和判斷的方法，利用群論修正求解策略，提高計算效率。在此基礎上，結合構件自身的可靠度，進行斜拉結構的魯棒性研究。採用全過程動力分析方法和合適的參數，分別對斜拉結構在內索、邊索、角索斷裂失效的情況下進行抗連續倒塌能力分析。在設計荷載組合下控制結構不同的平均應力比值，得到不同構件截面大小的結構模型，然後對這些模型進行動力放大係數的研究。進行考慮初始缺陷的空間結構連續倒塌靜力仿真分析，並編制斜拉結構連續倒塌數值模擬程式，給出了ANSYS中基於等效荷載卸載法的結構抗連續倒塌的具體分析流程，研究結構在初始桿件失效後的內力重分布機制與結構連續倒塌機理，並分析合理的初始預應力水平和分布。提出斜拉結構抗連續倒塌的設計方法，並結合天津梅江會展中心結構的抗連續倒塌設計，探討大跨空間結構的抗連續倒塌的設計方法，並給出結構抗連續倒塌的措施。設計摺紙型屈曲約束構件代替結構中的關鍵桿件，提高斜拉結構抗連續倒塌能力。本項目的完成將對我國大跨空間結構的發展起到重要作用。