基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性分析方法研究

传统木构建筑的构件重要性对于整体结构状态的评估具有重要意义,为弄清楚传统木构建筑的构件重要性,开发了一种基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性评价程序,基于荷载工况修正与荷载重分布修正重构了荷载分布矩阵,基于荷载施加构件修正改进了构件重要性计算方法。以典型传统木构建筑——保国寺大殿为例进行了数值模拟分析,并基于广义刚度评价了构件重要性,分析了各项修正对构件重要性的影响情况以及最终修正对构件重要性的结果变化率。结果表明:柱类构件的修正变化为-0.526%~2.192%;梁栿类构件的修正变化为-2.638%~50.598%;铺作类构件的修正变化为-12.763%~9.989%;槫类构件的修正变化为-7.586%~6.918%。保国寺大殿构件重要性排序:柱类>槫类>梁栿类>铺作类;修正后柱类、梁栿类重要性提高,铺作类、槫类重要性降低。可为传统木构建筑的结构状态评估和预防性保护提供参考。

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。

基于类平衡矩阵的桁架构件重要性计算方法

为简化构件重要性系数的计算过程,提高计算效率,以基于刚度的构件重要性判断方法为基础进行数学推导,提出一种基于类平衡矩阵的空间结构重要构件的快速判断方法,并进行算例验证.结果表明,当铰接杆件体系的各杆件线刚度近似相等,且不考虑结构应力刚化作用或应力刚化所贡献的刚度很小时,整体切线刚度矩阵仅与类平衡矩阵相关,构件重要性系数可直接利用类平衡矩阵的奇异值进行计算.通过算例验证,类平衡矩阵的重要性构件判断方法与基于刚度的重要性构件判断方法计算结果一致,说明所提方法是一种切实可行的快速计算方法.

基于构件重要性的RC框架结构鲁棒性的快速评估方法

为了快速评估钢筋混凝土(RC)框架结构鲁棒性,通过广义应变能表征构件的易损性以反映构件属性,通过失效柱对应的梁板子结构承载力表征荷载传递路径.基于构件易损性和荷载传递路径指标建立可快速评价三维RC框架结构中构件重要性和单构件失效后受损结构鲁棒性的方法,该方法仅需整体结构线弹性分析和理论计算便可快速实施.针对一个基于中国建筑规范设计的典型规则框架结构的有限元分析,考虑了楼层数、层高、跨长的影响,验证所提方法针对三维规则结构鲁棒性评价的可行性和合理性.此外,通过2种典型竖向不规则结构的有限元分析,验证了该方法针对不规则结构柱在不同楼层下重要性识别的有效性.结果表明,所提出的评价方法可以快速、准确评估三维结构构件的重要性和单柱失效后受损结构的鲁棒性.对于规则框架结构,在给定单柱失效工况下,层高对结构位移响应的影响大于楼层数,但远弱于跨度的影响.

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。

基于广义结构刚度的构件重要性评价方法

总结了现有构件重要性评价指标的研究概况和工程经验;根据结构体系传力路径中传递荷载比例大的构件重要性大的思路,通过理论推导定义了考虑荷载作用的广义结构刚度;以拆除构件对广义结构刚度的影响程度作为该构件重要性评价指标,并进一步将该指标转化为结构变形能损失率,使该指标的概念更为清晰;采用该评价方法对1组框架结构分别在重力荷载和水平地震荷载作用下的构件重要性进行了分析。结果表明:该方法具有合理性,且便于计算,可用于大多数类型的结构。

基于刚度的构件重要性评估及其与冗余度的关系

提出了基于刚度的结构构件重要性的评估方法,并通过最小势能原理对构件重要性与结构冗余度之间存在的关系进行了证明.两个算例说明了该方法在平面桁架和刚架体系中的应用.理论推导和算例表明,所给出的方法能够有效地反映结构中存在的薄弱环节,可以为结构设计和维护提供必要的理论依据.

结构鲁棒性评价中的构件重要性系数

考虑结构的鲁棒性是保证结构安全、特别是应付突发事件的最重要措施之一。如何对结构的鲁棒性进行定量评价是目前结构工程界最具有挑战性的前沿问题之一。以移除所分析构件前后的结构承载力变化为着眼点,给出一个结构鲁棒性评价中计算构件的重要性系数的新方法。在概念上,综合考虑结构的几何拓扑关系、构件的刚度和强度以及外荷载对结构鲁棒性的影响;在力学意义上,描述已破坏的构件是如何影响剩余结构的,实际上考虑了结构本身的性质与外荷载的共同作用机制;在加载过程中,以结构退化成机构为分析终止点,从一定程度上表现构件重要性与整个结构鲁棒性之间的关系;在算法上,以摄动法建立将构件"概念移除"前后的结构刚度矩阵关系,避开重组刚度矩阵和对其求逆的复杂过程,从而简化运算。最后通过两个满应力设计下的平面桁架结构为例,说明计算的过程,同时通过与已有构件重要性系数指标方法作比较,找到其中的区别和内在联系,论证计算结果的正确性和合理性。

基于客观赋权法的构件重要性评估

总结了平均应力比法、稳定退化系数法和刚度退化系数法3种关键构件的评价方法,介绍了客观赋权法的基本原理,并将客观赋权法应用于结构的构件重要性评估,确定各评价指标的权重系数。最后以平面框架为算例,分别使用平均应力比法、稳定退化系数法、刚度退化系数法和基于客观赋权法的评价方法对结构的构件进行重要性评估。结果表明:基于客观赋权法的评价方法能够很好地寻找出结构中的关键构件,而且克服了单一评价指标的不足,具有较好的优越性。

典型江南传统木构建筑的构件重要性分析方法

以江南典型宋元木构建筑(宁波保国寺大殿)和江南典型明清木构建筑(甘熙故居津逮楼)为研究对象,基于能量方法,采用改变后结构整体应变能的单位体积改变率作为构件重要性的评价指标,运用有限元软件ANSYS开发基于生死单元法和改变弹性模量法的构件重要性评价程序.通过对保国寺大殿和津逮楼的单榀框架和整体框架在竖向荷载作用下的结构构件重要性的计算分析,得到构件的重要性系数和重要性排序,并指出这两个典型构架体系的江南传统木构建筑的关键构件.结果表明:改变弹性模量法更适用于江南传统木构建筑结构构件的重要性分析.

基于能量方法的江浙地区抬梁式及穿斗式传统民居木构件重要性分析

为研究中国传统木构建筑的结构构件重要性排序问题,以江浙地区抬梁式和穿斗式两种典型的传统民居木结构类型为研究对象,基于能量方法采用构件属性改变后对结构整体应变能的单位体积改变率作为构件重要性的评价指标,运用有限元软件Ansys(16.0)开发了基于生死单元法和改变弹性模量法的构件重要性评价程序。分析结果表明,改变弹性模量法更适用于中国传统木构建筑的结构构件重要性分析。通过对抬梁式和穿斗式的单榀框架和整体框架在竖向荷载、水平地震荷载两种工况下的结构构件重要性的计算分析,得到了构件的重要性系数和排序,并提取出了抬梁式和穿斗式传统木构的关键构件。研究结果可以为确定传统木构建筑遗产在修缮施工、维护以及结构健康监测过程中需要重点关注的构件提供科学合理的理论依据。

基于易损性与冗余度分析的构件重要性评价方法

为合理评价构件在结构中的重要性,以构件材料的弹性模量为基本参数,并考虑构件刚度变化产生的影响,基于构件应变能对材料弹性模量的敏感性,建立了构件冗余度及其易损性评价指标,以衡量构件的脆弱性和冗余特性。在此基础上将构件的重要性指标定义为构件易损性系数与冗余度系数的比值,实现构件重要性的分类量化。结果表明,采用的构件重要性评价指标能正确反映构件在结构中的重要性,重要性系数高的构件为结构的高易损-低冗余构件,是结构的关键部位和薄弱环节所在,其失效后对结构整体性能的影响较大。加强高易损-低冗余关键构件对于提高结构的整体性能和抗连续倒塌的能力具有重要作用。

基于结构应变能的组合空腹板架结构构件重要性评估方法研究

钢-混凝土组合空腹板架是一种较新的组合结构形式,构件总量多,荷载分配量化有困难,设计时没有经验可依赖;因此有必要对结构中构件的重要性程度进行研究。讨论了组合空腹板架结构的构件重要性评估方法,利用结构应变能增量来衡量构件对结构整体性能贡献的大小,得到了构件重要性指标。通过24 m×18 m、四边简支的空腹板架算例,找出了结构在竖向均布荷载作用下的重要构件为短边方向中心区的肋梁。结论可作为设计阶段结构优化的依据,根据构件的重要性指标设置不同的安全储备来达到安全性和经济性的平衡。

基于应变能的网壳结构构件重要性分类方法

传统的构件重要性分类方法通常仅针对线弹性结构,不适用于非线性效应较强的网壳结构,同时其分类依据存在一定局限性。为解决上述问题,文中针对网壳结构提出了一种基于应变能的构件重要性分类方法。基于应变能理论,引入了临界点总应变能的概念;以临界点总应变能为评价指标分析局部构件损伤对结构整体承载性能的影响,由此确定构件的重要程度。将结构临界点总应变能折减系数作为构件重要性系数,参照现行规范的构件重要性划分原则,根据K-medoids分类方法提出了一种变界限的网壳结构构件重要性分类方法。对凯威特型球面网壳算例的分析结果表明,构件重要性分类界限不宜采用单一的固定值;不同损伤状况下,重要构件的数量及分布位置不同,应根据实际情况计算确定;文中方法相较于构件设计应力比方法能够提供更多信息,便于准确识别结构系统中的重要构件;基于拆除构件法的构件重要性判定方法不适用于常规的结构检测鉴定。

考虑构件重要性的导管架平台强度储备提升

导管架平台空间造型复杂,杆件和节点数量繁多,局部冗余度虽然高但总体分布不均匀。同时,平台质量大多集中于上部结构,局部构件的破坏可能导致结构在重力载荷作用下发生连续性倒塌。本文在导管架平台常遇的冰工况载荷作用下,对移除各个构件后的缺陷结构进行推覆分析,得到各构件重要性指标,依此判断每个构件的重要性;分析不同首失效构件导致的结构薄弱路径,从而确定结构的最薄弱路径和路径起始构件位置;进而,在保证总用钢量不变的条件下,调整构件截面设计,实现结构薄弱环节的调控。研究表明:通过构件重要性分析的方法,可以较有效地确定结构薄弱路径;通过调整薄弱路径首个构件的方法,可以实现薄弱路径的调整,结构的极限承载力提高10%以上,极限变形降低10%左右。

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.

基于改进的基本效应法的网壳结构构件重要性分析方法

现有的网壳结构构件重要性计算方法仅考虑单根构件损伤或失效对结构的影响,未考虑构件间的相互作用和损伤的随机性。为解决这一问题,首先将基本效应法应用于构件的重要性判定中,定义了适用于网壳结构的基本效应;其次,将构件分为重要构件和一般构件两类,提出试算与正式计算结合的双阶段判定方法,以提高确定重要构件的计算效率;提出基于优劣解距离法的重要性排序方法,以确定重要构件内部的相对重要性排序;由此,进一步提出了基于改进的基本效应法的网壳结构构件重要性分析方法。此外,为减小改进的基本效应法的计算量,提出适用于该方法的修正径向抽样方法。凯威特型球面网壳数值算例分析结果表明:与现有方法相比,采用该方法确定的重要构件进行抽样检测鉴定时,评定网壳极限承载力的估计误差显著降低。

考虑内力分项贡献度的框架构件重要性评价

提出了一种水平和竖向荷载共同作用下的框架结构构件重要性评价方法。首先,基于线弹性材料假设,利用应变能方程和节点-外荷载关系计算梁柱构件的轴力、剪力和弯矩;然后,定义构件内力分项计算值与抗力分项值之比为构件分项重要性系数,用于体现构件抗力利用水平;再组合各内力分项系数,针对不同外荷载形式定义构件综合重要性系数,用于体现构件对框架体系整体承载力的贡献;最后,通过两榀框架算例验证了方法的可行性,可为框架的结构优化设计和连续性倒塌分析提供定量依据。

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。

基于灰色关联方法的水闸构件重要性分析与探索

工程结构构件重要性是水闸枢纽病险分类与维修养护的重要依据。围绕构件在实际运行过程中所发挥功能,将水闸系统划分防渗、闸室、启闭和辅助模块,纳入水闸安全评判的4个等级中分析。引入灰色关联理论,将关联度分解为6个计算步骤;根据水闸系统自身的特殊性和系统性用于量化水闸工程构件的重要性次序,并将其实地应用于实际工程中进行水闸的构件重要性分析。