PDF《技术的对比》

斜拉结构各种连续性倒塌分析 技术的对比 报告人:蔡建国 东南大学 混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室 东南大学 江苏省预应力工程技术研究中心 研究背景

9 现阶段连续倒塌分析主要集中于框架结构,对斜拉结构等含 有索的结构体系的研究较少.

9 而由于斜拉桥等斜拉结构的拉索是较为容易接触到的,所以 各种大跨斜拉结构也成为恐怖分子的袭击对象.

9 斜拉结构在设计阶段一般也考虑拉索的更换,但是斜拉索的 更换可以看成是一个静力过程,而拉索的突然断裂,将会释 放其中的应变能,对结构产生一个动力效应.

9 变换荷载路径法(AP法)作为目前使用最为广泛的结构连续 性倒塌分析方法,其在框架结构中的运用已经得到了很好的 证明.但是AP法在非框架结构,尤其是斜拉结构中的运用还 需要进一步的探索.

9 本文以一斜拉桥为研究对象,结合PTI规范,对AP法进行一 定的改进,提出适合于斜拉结构拉索失效后结构连续倒塌分 析方法.利用有限元软件SAP2000对断索后的结构进行连续 性倒塌分析,比较各种方法的优劣势,评估该结构在断索之 后的抗连续性倒塌能力. 研究思路

9 AP法是目前使用最为广泛的结构连续性倒塌分析方法. 根据是否考虑结构的动力特性及材料的非线性因素,AP 法主要分为线性静力计算、线性动力计算、非线性静力 计算和非线性动力计算,共四种计算方法.

9 按照美国连续性倒塌设计规范GSA和UFC的相关规定, 结构连续性倒塌静力计算时一般需考虑荷载动力放大系 数.但此规范主要适用于框架结构,而且众多学者对荷 载动力放大系数的取值也有不同的看法.

9 而PTI规范中斜拉桥断索的分析方法,不是对荷载进行 放大,而是采用施加等效力的方法.图1给出了静力与 动力分析方法中等效力的方向,图中F为索失效前拉索 的索力. 计算方法

9 现有的结构抗连续性倒塌设计规范中,仅强调了构件失 效时间的取值范围,均忽视了结构初始状态对计算结果 的影响.对于大部分框架结构而言,初始状态下结构的 变形或位移是可以被忽略的,但在预应力结构的分析中 这样的假定未必正确.下面讨论结构在非线性静力、线 性动力及非线性动力分析中考虑初始状态与否对分析结 果的影响,并给出各方法的实现过程. 计算方法――非线性静力方法

9 不考虑初始状态的方法实现较为简单,即结构在荷载组 合作用下进行nonlinear-static分析.

9 考虑初始状态的方法采用静力分析中的nonlinear staged construction,即分阶段施工功能,第一阶段为完整结构 下的受力过程,第二阶段撤去失效拉索,施加反向等效 力进行分析.

9 从上图塑性铰产生情况看,不考虑初始状态方法的索力 结果偏小,未产生轴力铰.其原因在于此方法中预应力 拉索的索力是随着荷载步的增加逐步施加到拉索上,与 实际结构的受力情况不符.考虑初始状态的方法能较好 的模拟拉索预应力一次性施加的过程,得到的结果较为 准确. 计算方法――线性动力方法

9 结构进行考虑初始状态和不考虑初始状态的两种线性动 力方法分析,两种方法中等效力的卸载曲线如图所示.

9 不考虑初始状态的方法只需在动力分 析开始时迅速撤去等效力.

9 考虑初始状态时等效力卸载时程分析 曲线,结构的动力响应分为两个阶 段,0