斜拉结构的鲁棒性及其抗连续倒塌性能研究

为减少意外事件下大跨空间结构的倒塌事故，本项目针对应用广泛的斜拉结构，研究其鲁棒性、抗连续倒塌性能和倒塌控制策略。结合敏感性分析思想，充分考虑到空间网格结构非线性明显的特征，提出了一种基于切线刚度的重要构件判断方法，进一步验证了刚度矩阵的行列式比结构稳定因子更适合作为结构的响应。分别定义了无荷载作用下的构件重要性系数和荷载作用下的重要性系数，通过算例分析了不同支座条件、构件刚度、荷载等级和荷载分布形式对构件重要性的影响及相应的变化规律。将构件失效前后杆件应变能的变化作为结构鲁棒性的衡量指标，提出一种空间结构的对称性搜索和判断的方法，利用群论修正求解策略，提高计算效率。在此基础上，结合构件自身的可靠度，进行斜拉结构的鲁棒性研究。采用全过程动力分析方法和合适的参数，分别对斜拉结构在内索、边索、角索断裂失效的情况下进行抗连续倒塌能力分析。在设计荷载组合下控制结构不同的平均应力比值，得到不同构件截面大小的结构模型，然后对这些模型进行动力放大系数的研究。进行考虑初始缺陷的空间结构连续倒塌静力仿真分析，并编制斜拉结构连续倒塌数值模拟程序，给出了ANSYS中基于等效荷载卸载法的结构抗连续倒塌的具体分析流程，研究结构在初始杆件失效后的内力重分布机制与结构连续倒塌机理，并分析合理的初始预应力水平和分布。提出斜拉结构抗连续倒塌的设计方法，并结合天津梅江会展中心结构的抗连续倒塌设计，探讨大跨空间结构的抗连续倒塌的设计方法，并给出结构抗连续倒塌的措施。设计折纸型屈曲约束构件代替结构中的关键杆件，提高斜拉结构抗连续倒塌能力。本项目的完成将对我国大跨空间结构的发展起到重要作用。

为减少意外事件下大跨空间结构的倒塌事故，本项目针对应用广泛的斜拉结构，研究其鲁棒性、抗连续倒塌性能和倒塌控制策略。从能量角度出发，结合敏感性分析思想，提出一种构件重要性判断方法；并提出一种空间结构的对称性搜索和判断的方法，利用群论修正求解策略，提高计算效率。在此基础上，结合构件自身的可靠度，进行斜拉结构的鲁棒性研究。利用向量式有限元方法编制斜拉结构连续倒塌数值模拟程序，研究斜拉结构在初始杆件失效后的内力重分布机制与结构连续倒塌机理，并分析合理的初始预应力水平和分布。用折纸型屈曲约束构件代替结构中的关键杆件，提高斜拉结构抗连续倒塌能力；并研究檩条、屋面板对斜拉结构抗连续倒塌能力的作用。为验证连续倒塌数值模拟方法和结果的正确性，进行斜拉结构及利用倒塌控制策略加强后斜拉结构的连续倒塌动力试验研究；在模型试验的基础上，提出相应的设计、施工建议。本项目的完成将对我国大跨空间结构的发展起到重要作用。

输电塔结构体系具有塔体高、跨距大、柔性强等高耸塔体和大跨度结构的共同特点，输电塔-线体系对导（地）线断线荷载的反应敏感。在极端条件，容易发生动态倒塌破坏，导致输电塔多米诺骨牌式地倒塌,使整条线路瘫痪。为了进一步完善输电塔塔线体系抗连续倒塌分析理论，提出一种考虑三维整体效应的塔线体系抗连续倒塌理论计算方法，本项目对断线荷载作用下输电塔-线体系的抗连续倒塌能力及其鲁棒性设计方法进行研究。主要包括三方面的工作：.（1）输电塔塔线体系连续倒塌三维整体效应的试验研究。在此基础上，进一步完善输电塔线体系连续倒塌评价准则。.（2）输电塔线体系连续倒塌非线性有限元分析。对考虑初始状态及动力效应的输电塔线体系连续倒塌破坏机理进行深入研究。.（3）根据能量动力灾变分析方法，结合半刚性连接理论，完善输电塔-线体系的鲁棒性设计方法。

前言

第1章绪论

第2章结构重要构件判断方法

第3章基于频率灵敏度的关键构件判断方法研究

第4章考虑初始缺陷的空间结构连续倒塌静力仿真分析

第5章索失效的模拟方法研究

第6章撑杆截面和间距对连续倒塌的影响

第7章应力比值法研究张弦结构的动力放大系数

第8章提高结构抗连续倒塌性能的措施

第9章新广州火车站屋盖结构抗连续倒塌性能分析

第10章天津梅江会展中心抗连续倒塌性能分析 2100433B

本书对预应力张弦结构的抗连续倒塌分析方法、抗连续倒塌性能、提高抗连续倒塌能力的措施等进行了系统研究。具体内容包括：根据大跨空间结构的受力特性和荷载特点，提出基于频率灵敏度的对称分组方法来判断大跨空间结构的关键构件；在ANSYS上二次开发出空间结构静力仿真分析程序，为空间结构抗连续倒塌设计提供依据；提出采用预应力等效荷载法模拟张弦结构的拉索失效；给出防止张弦结构发生上弦局部破坏和撑杆连锁破坏的充分条件；提出采用应力比值法研究张弦结构的动力放大系数。结合新广州火车站和天津梅江会展中心张弦结构的抗连续倒塌设计，探讨大跨空间结构抗连续倒塌的设计方法，提出多种张弦结构抗连续倒塌的措施。