含相似多细节结构的构件疲劳额定系数研究

相似多细节的存在显著影响结构的疲劳性能,细节模拟试件试验得到的结果需要通过构件疲劳额定系数RC进行修正才能正确反映结构的疲劳性能。基于各相似细节之间独立同分布的假设,分别建立疲劳寿命服从对数正态分布和双参数Weibull分布时,RC与相似细节数的函数关系以及RC与可靠度的关系;讨论对应疲劳寿命的RC与对应疲劳强度的RC之间的联系。给出典型细节数对应的RC以及铝合金材料2种可靠度水平下RC与相似细节数的关系曲线。

结构可靠性评判中构件权系数的计算研究

以结构可靠性理论为基础 ,考虑了荷载效应间和主要失效模式间的相关性对结构体系可靠性的影响 ,通过计算各构件抗力同等程度的下降所引起的结构体系可靠性不同程度的降低 ,来衡量各构件在整个结构体系中的相对重要性 ,并通过比较这种相对重要性来确定构件权系数 ,从而建立起一种新的构件权系数计算模型 ,最后利用算例说明了该方法的应用 .分析结果表明 ,建议的方法能够准确体现构件权系数的含义 ,反映出构件对整个结构体系的影响程度 ,与传统的层次分析法计算结果相比较 ,克服了其主观性的缺点 。

基于多评价指标的输电铁塔构件重要性分类方法

铁塔构件重要性的合理分类是保证输电铁塔力学性能监测方案经济合理的前提。目前的分类方法存在分类依据考虑不全面,难以适用输电铁塔结构高冗余度特征的问题。本文基于改变路径法拆除铁塔构件,综合考虑剩余结构的最大应力均值变化率和可靠度两个评价指标,采用熵权—优劣解距离决策法构造综合评价模型,提出一种针对高压输电铁塔的构件重要性分类方法,并进行了算例分析。分析结果表明,铁塔构件重要性分布呈现非线性特征,不同工况下构件重要性表现出一定的差异性。根据本文的构件重要性分类方法计算所得结果与实际工程经验结果基本一致,能够定量判定输电铁塔结构中的关键构件,研究成果可为输电铁塔智能监测领域的传感器布置问题提供理论基础。

结合构件地震效应分项系数和逆向求解的RC框架倒塌分析

为简化水平地震作用下多层RC框架结构的倒塌分析流程,增强实用性,结合底部剪力法提出了一种构件地震效应分项系数,用于体现地震作用对框架各构件的影响。接着以地震峰值加速度表征地震动强度,以底层柱的破坏来定义框架倒塌的界限,建立分项系数与峰值加速度间的函数关系。随后采用逆向求解策略,基于框架倒塌临界状态求得峰值加速度的临界值,进而构建单维和二维地震作用下框架的倒塌判别式,实现框架结构的地震倒塌分析。

RC框架结构构件刚度折减系数的取值方法研究

为得到构件刚度折减系数,基于等能量准则,提出刚度折减系数的简化取值方法,构建该方法在等效弹性反应谱法中的迭代流程。以8度区Ⅱ类场地的RC框架结构为算例,讨论了反应谱的选取对分析结果的影响,并对比简化的等效弹性反应谱法与动力弹塑性时程分析的结果,验证了该方法对结构位移响应预测的有效性。

基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法

为了解决现行设计标准中钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法在适用范围和计算精度上存在的问题,提出了基于理想轴压构件整体屈曲临界荷载的理想钢梁弹性弯扭屈曲临界弯矩计算式,并进一步提出了基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法。采用124个热轧H型钢梁试件、80个焊接梁试件、2个薄腹梁试件共计206个钢梁试件弯扭屈曲极限弯矩的试验结果,检验了方法的适用范围及计算精度,并与GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的方法进行了对比。研究表明:对于206个钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法较GB 50017—2017方法的适用范围更广,且与已有文献的计算精度相当;对于7个单轴对称工字形截面焊接高强钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法略偏安全且精度高,而GB 50017—2017中的方法偏不安全;对于44个荷载工况不包含在GB 50017—2017中的钢梁试件,建议方法所得极限弯矩计算值与实测值之比的均值、标准差分别为0.908、0.125,精度较高且偏于安全。

在线与离线模型更新混合试验精度比较研究

为比较在线模型更新和离线模型更新混合试验的模拟精度,考察模型更新构件数量对试验精度的影响,本文以地震作用下构件的最大水平恢复力为基本指标计算构件权重系数,来评价模型更新构件对混合试验精度的影响程度。采用OpenSees软件对带BRB支撑的框架结构进行了12种工况下的在线和离线模型更新虚拟混合试验。结果表明:随模型更新构件数量的增加,离线模型更新方法与在线模型更新方法对混合试验精度均有不同程度提升。由于离线模型更新方法在参数识别方面的优势,试验精度提升幅度相对较大,在模型更新构件超过一定数量后试验精度将高于在线模型更新方法。基于研究结果,选择权重系数较大的构件作为试验子结构并对数值子结构进行模型更新可较大幅度提高试验精度,同时对在线与离线模型更新混合试验精度的比较结果为选择模型更新方法提供参考依据。

既有网格结构构件重要性实用判定方法

从结构刚度和构件抵抗外荷载的角度出发,提出了一种适用于既有网格结构构件重要性判定的计算方法。通过理论公式推导,建立了构件重要性系数和构件重要性判定系数的简化计算方法,给出了根据构件重要性系数和构件重要性判定系数判断结构是否为静定结构的推论。最后,以一个平面桁架和一个空间网架结构为算例,验证了既有网格结构构件重要性判定方法的实用性和可靠性。

考虑冗余度的杆系结构构件重要性评价方法

为杆系结构的安全性与合理设计提供科学性依据,本文基于冗余度理论提出一种定量评价铰接杆系结构构件重要性的方法.首先,基于单元冗余度分布的均衡性,定义杆系结构单元冗余度标准差和单元冗余度平均值的商为结构冗余度分布系数.其次,通过考察拆除不同构件的情况下,剩余结构冗余度分布系数的大小来定量分析杆系结构构件重要性,并定义剩余结构冗余度分布系数为构件重要性系数.算例分析表明,冗余度分布系数可以反映结构分布的均匀性,本文方法可以定量评价杆系结构构件重要性:结构冗余度分布系数越小则结构冗余分布越均匀,结构鲁棒性越好;构件j对应的剩余结构单元冗余度分布系数越大,说明拆除杆件j对结构鲁棒性的影响越大,构件重要性越高.

基于构件重要性的增层排桩支挡结构鲁棒性评价研究

在建筑地下增层改扩建工程中,排桩是常用的开挖支护形式之一。为控制增层开挖的风险,评估排桩支挡体系的稳健性(或称鲁棒性)显得尤为重要。针对地下增层既有(旧)-新增排桩支护体系,建立理论计算模型,以排桩构件基于刚度的重要性系数作为指标,开发相应配套的算法,寻找增层下挖过程中关键风险因素。结合物理模型试验结果对比,验证了上述鲁棒性分析,明确关键风险因素为既有支护桩底标高以下的新增支护单元这一结论。研究结果可为地下增层的设计优化提供理论参考。

结构抗连续倒塌鲁棒性简化分析方法研究

为了研究结构抗竖向连续倒塌鲁棒性,结合竖向连续倒塌过程中框架结构内力特征,针对性地提出了构件易损性系数,并对已有的一种结构鲁棒性计算方法进行了简化和改进,通过对钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)框架结构有限元模型分析进行验证.研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,降低重要竖向承重构件的易损性系数能够增强结构抗连续倒塌的鲁棒性;在同样荷载作用下,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而重要性系数按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性.

结构抗震鲁棒性分析方法研究

结合侧向增量连续倒塌过程中框架结构受力特征来研究结构抗震鲁棒性,提出其定量计算方法,通过对钢筋混凝土框架结构有限元模型的对比分析进行验证。研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,虽然无法设计和建造出绝对鲁棒的结构,但可以通过定量分析结构鲁棒性进行建筑选型和结构布置方案优化;降低重要构件的易损性系数能够增强结构抗震鲁棒性,合理增加构件数量,同时加强其相互联系的有效性并保证备用荷载路径的可靠性,能够提高整体结构的鲁棒性;在同样荷载作用下,随着所承担荷载的不同,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而由于备用荷载路径分布和传递荷载的机制不同,框架柱重要性按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性;提高结构冗余度,增强构件相互联系,可以降低结构中初始失效所造成的不利影响。

近场地震作用下RC框架鲁棒性分析

基于地震作用下结构的受力的特征,提出构件易损性及重要性系数的改进计算方法,以此定量分析结构在近场地震作用下的鲁棒性。通过分析比较RC框架在近场有无速度脉冲两组地震动,不同强度下的构件易损性系数、重要性系数和结构鲁棒性系数,揭示了RC框架结构在近场地震作用下抗连续倒塌鲁棒性的特点,并依此提出增强结构鲁棒性的措施。研究表明:相比于层间位移角等结构的整体响应指标,鲁棒性则更能具体地反应出结构在近场地震下的状态;与近场无速度脉冲型地震动相比,速度脉冲型地震动会对结构构件的易损性与重要性造成更为明显的影响,从而降低了整体结构的鲁棒性,对结构安全存在更为不利的影响。

竖向不规则RC框架抗竖向连续倒塌鲁棒性分析

基于结构连续倒塌特征,提出构件易损性系数及结构鲁棒性改进的计算方法,通过分析比较三种不同收进式竖向不规则RC框架结构的构件易损性系数、重要性系数和结构鲁棒性系数,揭示收进式竖向不规则结构抗连续倒塌鲁棒性的特点,并依此提出增强结构鲁棒性对策。研究结果表明:RC框架结构抗竖向连续倒塌鲁棒性的优劣是一个相对概念,结构鲁棒性会随着外部作用的变化而变化;降低重要构件的易损风险或降低构件重要程度可以提高结构鲁棒性;设置保护措施或提高承载力,可以降低重要构件在极端条件下的破坏风险,而增加重要构件的备用荷载路径则能够减轻该构件失效对结构承载力产生的不利影响;在满足功能要求和造型需求的前提下,降低结构的不规则程度可以提高结构抗竖向连续倒塌鲁棒性。

钢框架结构鲁棒性评估方法

结构鲁棒性体现了结构对局部破坏的不敏感性。为了定量评估钢框架结构的抗连续倒塌能力,提出一种适用于钢框架结构的鲁棒性定量评估方法。在综合考虑构件在结构能量流分布中的贡献和构件失效影响面积的基础上,给出构件重要性系数计算方法,为确定结构的最不利初始损伤模型奠定基础。探讨钢结构构件的承载能力冗余度,并结合构件应变能灵敏度,提出一个基于损伤模型的钢框架结构冗余度评估指标,该指标与构件的承载能力冗余度成正比,而与构件的应变能灵敏度成反比。从定义上对结构冗余度与结构鲁棒性之间的差异进行讨论,提出以结构最小冗余度作为评价结构鲁棒性能的观点。在此基础上,给出一种适用于钢框架结构的鲁棒性评估方法,同时对该方法的适用范围进行分析。最后,通过一个8层空间钢框架结构算例验证所提出的钢框架结构鲁棒性评估方法的可行性。

基于地震响应的结构鲁棒性定量分析方法

为了研究结构抗连续倒塌鲁棒性,基于地震作用下框架结构受力特征,结合备用荷载路径法与动力时程分析法,提出了结构鲁棒性定量分析方法,并根据震级-震中距条带地震动记录选取方法选取随机地震动记录进行算例分析和验证。研究表明,结构的鲁棒性优劣是一个相对概念,与外部作用强度呈反相关关系;通过定量分析结构鲁棒性,可以在多个结构方案筛选时提供一定的参考;降低重要构件的损伤风险,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置提供可靠保护,加强构件之间相互联系,提高备用荷载路径的可靠性,能够增强结构的鲁棒性。

基于传力路径的平面不规则RC框架结构减震设计

针对平面不规则RC框架结构,从构件安全层次出发提出基于传力路径的减震设计方法。首先根据广义结构刚度法的基本原理计算结构中所有构件的重要性系数,再假定消能支撑的截面参数,取每层最重要的构件位置布置支撑,经支撑在最不利地震组合下的轴力验算后确定支撑的最终设计参数和数量,然后考虑远场、近场有脉冲以及近场无脉冲地震动从双向输入对结构响应的影响,对减震前、后结构分别进行动力时程分析。分析结果表明,利用此方法优化布置支撑能为结构中重要构件提供有效保护,且在小、中、大震下消能支撑均能运作良好,使整体结构响应得到很好地控制。

基于传力路径的减震设计方法研究

从构件安全层次考虑,提出了基于传力路径优化配置消能支撑的减震设计方法。采用广义结构刚度法计算结构系统中所有构件的重要性系数,在假定支撑截面参数后,取每层构件重要性系数最大的位置布置消能支撑,经支撑的最不利地震组合轴力验算确定支撑的最终参数和数目,并考虑远场、近场有脉冲、近场无脉冲地震动对结构的影响,对结构进行双向地震输入下的动力时程分析。计算结果表明,利用此方法布置支撑能有效保护在传力路径中占重要位置的构件,使消能支撑在小、中、大震下均能发挥良好性能,并能很好地控制整体结构响应。

美国房屋钢结构规范几个问题的评论

讨论美国房屋钢结构规范ANSI/AISC 360-10正文和条文说明中存在的几个问题。首先是关于压弯构件Cm系数的命名、取值和避免与另一系数Cb重复。其次是关于轴压构件板件宽厚比限值λr规定的矛盾和压弯构件λr的缺失。再次是焊接压弯构件弯扭屈曲的计算公式。最后是单边连接单角钢压杆等效长细比如何应用于高强度角钢。

构件细节数效应系数DF及其在耐久性分析工作中的应用

分析了在耐久性分析时引入构件细节数效应系数DF代替构件额定值系数RC的合理性，通过耐久性分析实例说明了其可行性。