大跨度张弦桁架结构抗连续性倒塌性能研究

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近年来,大跨空间钢结构倒塌事故频发,说明此类结构尽管有较高的冗余度,但是某些关键构件的失效,仍然极易引起结构的连续性倒塌。由于张弦桁架结构广泛应用于公共建筑中,一旦在意外荷载下发生连续倒塌,将产生巨大的财产损失和人员伤亡,因此对大跨度张弦桁架结构进行连续倒塌分析具有重要的意义,本文主要研究内容及结论如下:(1)对空间结构连续倒塌数值分析的关键技术和相关问题进行了探讨和说明,明确了本文所选取的各种参数和准则问题。(2)对已有试验(单榀张弦桁架结构拉索失效动力试验)进行了数值分析验证,采用ABAQUS/Standard求解器能够对张弦桁架结构连续性倒塌问题进行准确的模拟。分析了拉索和支座下弦杆失效后,单榀张弦桁架结构的受力机理和破坏模式,研究了不同支座约束形式对结构连续倒塌性能的影响,结果表明:单榀张弦结构传力路径单一,拉索和支座处下弦杆失效都会引发结构的倒塌,对张弦结构连续倒塌模拟宜采用带量程的滑动铰支座。(3)深入探讨了双索设计的理论依据,双索设计的结构能够在偶然荷载作用下充分利用拉索的抗拉强度,降低结构因拉索失效导致连续倒塌的可能性,具有一定的经济性和工程可行性。对采用双索结构在单根拉索失效下的结构进行了动力响应分析,比较了单索和双索结构在拉索失效下的倒塌性能,得出结论:双索设计的张弦桁架改变了结构因拉索破坏而导致的剩余结构的内力重分布模式,剩余结构由管桁架(单索结构拉索失效后)变为了张弦桁架(双索结构单根拉索失效后),结构受力模式和倒塌机理未发生质的变化,结构的抗倒塌能力大大提高。支座下弦杆的失效易导致结构发生倒塌。(4)对空间张弦桁架结构的连续倒塌性能进行了数值模拟研究,分别选取了拉索、柱、支座处下弦杆三类构件作为初始失效构件,对剩余结构的动力响应(位移、杆件内力、能量)进行分析,深入探究了大跨度张弦桁架结构的传力机理和倒塌模式,并比较了双索结构与单索结构的在拉索失效下的动力响应和抗连续倒塌性能。最后针对不同位置的初始构件失效,提出了增强大跨度张弦桁架结构抗连续倒塌性能的措施。
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