災害雪荷載作用下索桿張力結構的倒塌破壞分析與控制

《災害雪荷載作用下索桿張力結構的倒塌破壞分析與控制》是依託浙江大學，由袁行飛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：災害雪荷載作用下索桿張力結構的倒塌破壞分析與控制
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：袁行飛
• 項目類別：面上項目

項目摘要

向量式有限元是一種採用點值描述來研究結構運動過程的新方法，能有效求解大變形、大變位、碰撞、倒塌等力學行為。本項目以向量式有限元方法為基本工具，通過理論分析、試驗研究、程式開發等手段，建立複雜形體結構災害雪荷載模型和不同受力構件精確力學分析模型，實現索桿張力結構在災害雪荷載作用下的倒塌全過程模擬，研究其倒塌模式、破壞機理及共性規律；探索設計最佳化或合理補強的方法控制其在極端情況下的破壞發生在合理模式；研究形狀改變影響結構抗倒塌破壞性能的機理，並探索通過布置作動器或長度可調裝置改變結構形狀，進而改善結構在災害荷載作用下的極限承載力及抗倒塌破壞性能，為發展索桿張力結構災害分析方法及防禦方法做出貢獻。

結題摘要

近年來暴風雪災害導致的大跨索桿張力結構破壞時有發生，給社會生產和人民生命安全帶來重大損失，因此研究災害雪荷載作用下索桿張力結構的倒塌破壞和控制具有重要的社會意義和科學意義。本項目研究了風雪作用機理和數值模擬方法，對典型形體索桿張力結構考慮風作用的雪荷載不均勻分布進行了模擬，提出了球殼屋蓋、單坡屋蓋風致積雪分布係數計算公式，並引入災害雪荷載係數和融雪再結冰係數對雪荷載模型進行了修正，為準確、安全的災害雪荷載確定提供依據。建立了鋼拉索靜力拉伸模型，考察了拉索抗彎剛度及截面應力分布規律，引入截面應力修正係數對截面平均應力進行修正。對索桿張力結構中常用的兩類索支撐壓桿進行了非線性有限元分析，探討了支撐索不同初始預應力、初始缺陷和支撐桿不同剛度對壓桿及索桿單元穩定性的影響。建立了適用於向量式有限元的精細梁單元彈塑性分析模型，對平截面假定進行了修正。上述不同構件精確的力學分析模型放棄和修正了傳統基本假定，更準確地反應了構件真實受力狀態。研究了基於求解運動路徑的結構屈曲跟蹤方法，建立了斷裂、碰撞等不連續行為的判斷準則和模式，開發了基於向量式有限元的索桿張力結構非線性分析程式，實現了結構倒塌全過程模擬及動態顯示，研究了不同荷載強度、荷載分布及索破斷、支座破壞等初始缺陷下結構力學性能和倒塌破壞模式。採用遺傳算法對索穹頂結構進行單目標和多目標形狀最佳化設計，通過靈敏度分析研究了結構形狀改變性能的機理，進一步提出了基於非線性力法的索桿結構控制方法，可求解作動器最小需求量及布置方案。對一10米直徑的人字肋環型索穹頂結構模型開展了形狀調控試驗研究，完成了指定節點的位移調控和指定桿件的內力調控。上述研究補充和完善了我國現行建築荷載規範中的雪荷載條例，同時為索桿張力結構的災害分析、評估及防禦提供了強有力的理論基礎和技術支持。