《預應力空間結構體系的倒塌機理及抗倒塌設計研究》是依託北京工業大學，由張微敬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：預應力空間結構體系的倒塌機理及抗倒塌設計研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張微敬
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以張弦結構、弦支穹頂結構為代表的新型預應力空間結構體系具有受力合理、用鋼量省的特點，近10年來在我國重大工程中套用較多。但由於這類結構冗餘度低，關鍵構件的破壞可能會引起結構的倒塌，因此對預應力空間結構體系進行抗倒塌的研究，是十分必要的。本項目研究這類結構連續倒塌失效模式及地震作用下的倒塌破壞模式，給出構件破壞與結構倒塌的關係，揭示結構參數對抗倒塌性能的影響；進行預應力空間結構倒塌的試驗研究；對倒塌破壞過程進行控制，提出實用的抗倒塌設計方法。本項目研究為提升新型大跨度空間結構的抗倒塌能力提供理論基礎，同時也為我國建築結構抗倒塌規程的編制提供參考。
結題摘要
以張弦結構、弦支穹頂結構為代表的新型預應力空間結構體系具有受力合理、用鋼量省的特點，近10年來在我國重大工程中套用較多。但由於這類結構冗餘度低，關鍵構件的破壞可能會引起結構的倒塌。本項目研究了這類結構連續倒塌失效模式及地震作用下預應力空間結構及網殼結構的倒塌破壞模式及抗倒塌設計，為提升新型大跨度空間結構的抗倒塌能力提供理論基礎，部分研究成果已列入我國《建築結構抗倒塌設計規範》。 主要研究內容及成果包括： 1）建立了合理的構件和結構倒塌全過程的計算模型，對張弦結構、弦支穹頂、索穹頂等預應力空間結構進行了動力連續倒塌仿真分析及參數研究，摸清了不同位置、不同類型構件失效與整體結構倒塌關係，揭示結構參數對抗倒塌性能的影響，為工程設計人員利用拆除構件法進行預應力空間結構倒塌模擬分析及抗倒塌設計提供依據。 2）預應力空間結構體系多尺度數值模型方面，對索穹頂結構中的關鍵節點採用實體建模，通過不同尺度模型的連線建立考慮節點的多尺度數值模型，結果表明了考慮節點對於倒塌模擬分析的必要性；為簡化計算，提出將全部節點等代替換成線單元建模方法，仿真分析證明了該方法的有效性。 3）提出了預應力空間結構的抗倒塌設計方法。包括基於 “分艙法”的弦支穹頂結構設計，以及預應力空間結構的關鍵桿件加強法，減小了結構發生連續倒塌的可能性。 4）抗地震倒塌研究方面，基於OpenSEES軟體平台，建立了單層球面網殼的纖維結構模型,研究了其塑性發展過程及破壞類別；通過分析桿件纖維的應力應變關係、內力分布規律以及桿件的失效過程，揭示球面網殼倒塌機理；探討了地震作用下單層網殼矢跨比、屋面質量以及跨度對結構極限承載力的影響。 5）從考慮材料損傷累積效應的角度出發，提出將B-R運動準則和桿件塑性應變能密度曲線結合起來，作為結構動力失穩的判斷標準；將損傷理論與能量分析方法相結合，提出以塑性損耗指標為主的破壞準則，以及結構合理地震持時判斷方法；研究了考慮損傷積累效應後對單層網殼結構的靜、動力穩定性能的影響，為結構設計提供依據。 6）從動能的角度研究單層球面網殼的動力失效，提出結構動力失效判別準則，仿真分析和單層球面網殼振動台動力失效試驗，驗證了理論的正確性；設計了描述空間結構強震倒塌全過程的測試方法，完成了單層球面網殼動力失效全過程試驗研究，得到球面網殼的失效模式，並為其他相關倒塌試驗研究提供了參考。
