預應力張弦結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能研究

前言

第1章緒論

第2章結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件判斷方法

第3章基于頻率靈敏度的關(guān)鍵構(gòu)件判斷方法研究

第4章考慮初始缺陷的空間結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌靜力仿真分析

第5章索失效的模擬方法研究

第6章?lián)螚U截面和間距對連續(xù)倒塌的影響

第7章應力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)

第8章提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的措施

第9章新廣州火車站屋蓋結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能分析

第10章天津梅江會展中心抗連續(xù)倒塌性能分析 2100433B

本書對預應力張弦結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌分析方法、抗連續(xù)倒塌性能、提高抗連續(xù)倒塌能力的措施等進行了系統(tǒng)研究。具體內(nèi)容包括：根據(jù)大跨空間結(jié)構(gòu)的受力特性和荷載特點，提出基于頻率靈敏度的對稱分組方法來判斷大跨空間結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件；在ANSYS上二次開發(fā)出空間結(jié)構(gòu)靜力仿真分析程序，為空間結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計提供依據(jù)；提出采用預應力等效荷載法模擬張弦結(jié)構(gòu)的拉索失效；給出防止張弦結(jié)構(gòu)發(fā)生上弦局部破壞和撐桿連鎖破壞的充分條件；提出采用應力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)。結(jié)合新廣州火車站和天津梅江會展中心張弦結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設計，探討大跨空間結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的設計方法，提出多種張弦結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的措施。

結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計是指結(jié)構(gòu)因偶然荷載造成結(jié)構(gòu)局部破壞失效，繼而引起失效破壞構(gòu)件相連的構(gòu)件連續(xù)破壞，最終導致相對于初始局部破壞更大范圍的倒塌破壞。

作用

對于某些比較重要的建筑結(jié)構(gòu)，工程師在建筑結(jié)構(gòu)設計時有責任防止結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的發(fā)生，對其進行結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計，保證結(jié)構(gòu)在一定安全可靠度之下具有抵抗連續(xù)性倒塌的能力，當偶然荷載造成結(jié)構(gòu)局部破壞時，結(jié)構(gòu)能夠通過多種荷載路徑內(nèi)力重分布阻止破壞過大范圍的蔓延，盡可能減少人員的傷亡和結(jié)構(gòu)的破壞程度。 2100433B

為減少意外事件下大跨空間結(jié)構(gòu)的倒塌事故，本項目針對應用廣泛的斜拉結(jié)構(gòu)，研究其魯棒性、抗連續(xù)倒塌性能和倒塌控制策略。從能量角度出發(fā)，結(jié)合敏感性分析思想，提出一種構(gòu)件重要性判斷方法；并提出一種空間結(jié)構(gòu)的對稱性搜索和判斷的方法，利用群論修正求解策略，提高計算效率。在此基礎上，結(jié)合構(gòu)件自身的可靠度，進行斜拉結(jié)構(gòu)的魯棒性研究。利用向量式有限元方法編制斜拉結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌數(shù)值模擬程序，研究斜拉結(jié)構(gòu)在初始桿件失效后的內(nèi)力重分布機制與結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌機理，并分析合理的初始預應力水平和分布。用折紙型屈曲約束構(gòu)件代替結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵桿件，提高斜拉結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力；并研究檁條、屋面板對斜拉結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力的作用。為驗證連續(xù)倒塌數(shù)值模擬方法和結(jié)果的正確性，進行斜拉結(jié)構(gòu)及利用倒塌控制策略加強后斜拉結(jié)構(gòu)的連續(xù)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(jié)構(gòu)的發(fā)展起到重要作用。

預應力張弦梁結(jié)構(gòu)是由剛性上弦、預應力拉索及腹桿連接形成的混合雜交自平衡結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)受力合理，自重輕，近年來廣泛應用于大跨結(jié)構(gòu)屋蓋體系中。然而，由于結(jié)構(gòu)中存在預應力，拉索錨固節(jié)點鑄體材料熔點低，且高溫下預應力索體強度退化更為嚴重等因素，張弦梁結(jié)構(gòu)抗火性能比普通結(jié)構(gòu)鋼更差。但是，國內(nèi)外對于預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火研究很少，在工程實踐中按普通鋼結(jié)構(gòu)進行抗火設計，造成極大的安全隱患。本項目通過試驗研究、理論分析，從材料、節(jié)點、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)層次對預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火關(guān)鍵技術(shù)問題開展了較為的系統(tǒng)研究：1）對1860MPa級鋼絲進行了高溫熱膨脹系數(shù)試驗研究，揭示了溫度對熱膨脹系數(shù)的影響，建立了高溫熱膨脹系數(shù)擬合公式；2）對1860MPa級鋼絞線、1860MPa級預應力鋼絲等進行了高溫穩(wěn)態(tài)拉伸試驗研究，建立屈服強度、極限強度、彈性模量與溫度之間的關(guān)系模型、以及高溫應力-應變本構(gòu)關(guān)系模型，給出了抗火設計強度指標取值；3）對預應力索進行了高溫應力損失試驗研究，研究了不同溫度、不同初始應力下的應力損失規(guī)律，提出預應力索高溫應力損失理論算法；4）研究提出了5種預應力索體防火保護方法，并通過標準火災升溫試驗，對方法有效性、可行性進行了驗證；5）對鋼絞線-熱鑄錨錨固節(jié)點進行了耐火性能試驗研究，建立了錨固節(jié)點高溫承載力計算公式；6）對預應力張弦梁進行了抗火試驗，研究了火災全過程中索體內(nèi)力、張弦梁變形、溫度分布隨時間的變化規(guī)律，以及初始預應力水平、荷載比、火災升溫曲線對張弦梁抗火性能的影響，揭示了破壞模式與破壞機理；7）對預應力張弦梁進行了有限元數(shù)值參數(shù)分析，重點研究了初始預應力比、荷載比、受火條件等因素對張弦梁抗火性能的影響；進而提出了預應力張弦梁抗火安全判定準則、抗火承載力實用計算方法以及防火設計方法。本項目研究結(jié)果對預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火設計具有理論意義和應用價值，對于預應力鋼結(jié)構(gòu)抗火研究也具有參考意義。 2100433B