确定杆件重要性系数的能量方法

基于能量学原理,给出了杆件重要性系数的两种定义式,并运用有限元知识详细写出了推导过程,在此基础上分析了一个三跨六层框架,计算了该框架在不同荷载情况下各个杆件的重要性系数,给出了相应的直方图。

基于损耗因子法的弦支穹顶结构杆件重要性分析

杆件重要性识别是分析空间结构抗倒塌能力的重要途径之一。为识别空间杆系结构杆件重要性,基于能量法研究了损耗因子识别理论,分析了内部损耗因子和耦合损耗因子变化与结构杆件重要性的内在联系。进行了设有荷载缓和拉索的弦支穹顶室内模型破坏试验,通过记录阶跃荷载作用下杆件内力变化时程曲线和节点竖向位移,分析了内部损耗因子和耦合损耗因子随阶跃荷载的变化曲线以及对应的结构杆件重要性。结果表明,子系统损耗因子变化体现了空间杆系结构内力重分布变化的剧烈程度,反映了跳跃失稳破坏过程中的结构失效模式变化,子系统划分越细对结构杆件重要性的预测越准确。利用该方法也解释了弦支穹顶结构极限承载力提高、整体破坏倾向加大的现象。

高大模板支撑系统构件重要性分析

以某工程A座高大模板支撑架为工程背景,提取一阶屈曲模态作为结构的几何初始缺陷,采用生死单元法拆除指定构件,对其进行承载能力极限分析,之后对竖杆进行理论上的分析,得出板式架体的不同种类构件的重要性系数,结果表明板式架体竖向斜撑重要性系数最高,竖杆的屈曲荷载沿角部竖杆、边部竖杆和内部竖杆依次升高.

基于贝叶斯网络的结构易损性智能推理

为实现结构易损性的智能化推理,提出以贝叶斯网络(Bayesian networks,BNs)重构桁架结构的易损性分析体系。首先,分别定义外荷载、体系和杆件为网络顶层父节点、中间节点和底层子节点,节点间通过有向弧表示因果关系,形成BN拓扑;接着,提出以杆件“大损伤”替代传统的“概念移除”方式,考虑杆件参数及外荷载的不确定性,结合抽样实现对节点间条件概率表的学习,完成BN的构建;然后将特定杆件的观测状态作为证据输入BN,同步推理其他杆件的节点状态概率,进而计算杆件的重要性系数,并定义所有杆件的重要性系数之和为体系的易损性系数;最后,提出杆件易损指标,作为预测桁架体系最可能失效路径的依据。研究结果表明:所提方法能更合理地评价各杆件在体系中的重要性,推理得到的杆件破坏路径与试验观测一致,所计算的试验桁架体系易损性系数远小于杆件数目,表明当前荷载组合下特定杆件的损伤引起体系发生连续性倒塌的可能性较小。

大跨空间结构重要构件评估实用方法

为了利用改变路径法(AP法)进行大跨空间结构的连续倒塌分析,给出了AP法中移除构件判断的实用方法.该方法的主要思想是首先通过一定的概念判断,初步确定结构重要构件的选择范围.然后对初选的重要构件依据简化的敏感性计算方法考虑包括杆件的移除、杆件截面的削弱、拉索预应力的降低等因素对荷载作用下结构响应的影响,求解其重要性系数,确定结构的重要构件.最后利用本文方法对网架结构以及索拱结构两个算例进行了分析,计算结果表明:本文所给出的方法能够有效地作为大跨空间结构的重要构件的评估方法.该方法解决了现行抗连续性倒塌设计规范中没有明确规定非框架结构移除构件的缺陷,使AP法得到更广泛的应用.

框架结构能量流网络及其初步应用

从考察框架结构在各种荷载条件下的能量流动出发,考虑结构杆件以及节点的能量流动状况,建立框架结构的能量流动网络。比较各杆件和节点的能量流动方向及大小,按图论方法得到框架结构内能量流动的关键路径,即结构的最大传力途径;通过比较拆除不同杆件对结构系统总体应变能影响的大小,确定结构杆件的重要性;通过跟踪结构杆件的破坏顺序以及结构杆件重要性的变化,确定结构最重要破坏模式。对唐山大地震中倒塌的一个3层框架作了分析,结果表明这种方法可以充分考虑结构受不同荷载作用的影响,可以确定框架结构的杆件重要性、最大传力途径以及最重要破坏模式。

劲性支撑穹顶结构局部断索(杆)分析

劲性支撑穹顶结构是一种新型的索结构,断索(杆)分析对结构破坏机理和倒塌性能研究有十分重要的意义。运用瞬态动力学的Newmark时间积分法对单根索(杆)断裂后结构的力学性能进行分析,提出了响应变化率和动力响应系数,运用其评价各类索(杆)破断对结构的影响程度。根据局部断索(杆)是否引起其他索杆的强度破坏和过大位移将杆件分为全局敏感性构件、局部敏感性构件和不敏感性构件。提出了一种杆件重要性系数,表征杆件的重要性并对其重要性排序。研究表明:内外环杆、外斜杆和外撑杆破断结构发生连续倒塌,其为全局敏感性构件;外脊索、中脊索、内脊索、中斜杆、内斜杆和内撑杆破断对其附近的构件影响较大,为局部敏感性构件;外环杆的杆件重要性排在首位,内脊索排在末位。

索杆预张力结构连续倒塌非线性分析与评价

针对索杆预张力结构缺乏有效的连续倒塌发展机理及各类杆件在连续倒塌过程中的重要性评价方法,文中结合某具体工程案例、基于ANSYS/LS-DYNA分析平台、采用全动力等效荷载瞬时卸载法动力分析方法,研究了移除不同构件引发的连续倒塌全过程动力响应及倒塌模式,提出了基于倒塌模式的杆件重要性分类方法;在此基础上,通过比较构件移除前后的节点位移引入了杆件重要性系数指标,进一步探明了各类杆件重要性系数与其杆件重要性类别及移除该杆件引发的相应倒塌模式的关系,最后分析了各设计参数对结构连续倒塌性能的影响。结果表明:(1)移除不同杆件将产生不同的动力响应和倒塌模式,其中移除内环索和外环索后动力响应最大,拉力环上弦次之,其余杆件动力响应较小;(2)各杆件具有的不同的杆件重要性系数,外环索、内环索的杆件重要性系数超过0.18,移除此类杆件将会导致结构产生连续倒塌,属于关键杆件;拉力环上弦的重要性系数在0.18~0.07之间,移除此类杆件将会导致结构产生局部连续倒塌,属于重要杆件;其余杆件的重要性系数均在0.07以下,移除后不会产生连续倒塌,属于普通杆件;(3)预应力水平、杆件截面积及环索半径、压杆长度等设计参数对结构抗倒塌能力的影响不明显,而结构榀数变化对结构各杆件重要性系数及结构倒塌模式影响较大。

基于失效包络图的结构倒塌顺序研究

给出安全评估理论知识及杆件重要性的评定方法,并利用这两种基本理论对一简单的三层框架进行倒塌顺序研究,仅讨论在水平荷载按比例渐增的情况下,结构从第一个杆件失效到最后结构完全倒塌的全部过程。给出每个阶段在失效包络图中的渐变状态及最终的杆件失效顺序,并与同案例的参考文献进行对比,分析两者的优缺点。

基于能量流动网络的杆系结构易损性

本文从杆系结构的能量流动网络入手,通过折减杆件刚度模拟结构构件受到的损伤,建立了描述结构能量流动网络变化的两个矩阵——结构的流动能量变化矩阵、留驻能量变化矩阵,并由此构造出衡量二者综合变化的结构能量综合变化矩阵。该矩阵同时考虑了杆件受到损伤后对结构其他部分的影响以及结构的其他部分受到损伤后此杆件自身受到的影响,通过对其进行范数计算确定杆件的重要性排序。类比链式法则,由确定的最重要杆件序列的重要性系数确定结构的易损性指标。算例中对连续梁、并联结构、一榀框架和三铰刚架进行了分析,结果表明,本文计算方法的合理性以及应用于结构健康监测等领域的可行性。

新广州站索拱结构屋盖体系连续倒塌分析

以新广州站索拱结构屋盖体系为对象,对大跨度空间结构的连续倒塌分析方法进行了研究。利用基于概念判断的敏感性分析方法分析了单榀索拱结构的重要构件。对整体结构的重要构件及其几何位置分布、整体结构中空间作用的分布情况进行了讨论。采用变换荷载路径法(AP法)对该屋盖结构的抗连续倒塌性能进行了评估,并对比了AP法中线性动力计算和静力计算的结果。分析结果表明:静力计算结果偏于保守,而对于含有预应力拉索的结构体系,应考虑构件意外失效前整体结构的初始状态。新广州站屋盖结构体系具有较好的抗连续倒塌性能,该工程采用的新型空间索拱结构及巨型桁架是提高该结构体系抗连续倒塌能力的有效措施。索拱中采用的双索设置增加了正常使用情况下换索的可行性。