【摘要】：在我國(guó)開展有關(guān)基于性能的地震易損性的研究與應(yīng)用起步相對(duì)較晚,且對(duì)象與取得的成果主要集中在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)中,將其應(yīng)用于張弦梁結(jié)構(gòu)則相對(duì)很少,尤其是輪輻式張弦梁整體結(jié)構(gòu)的易損性研究更是很少見于文獻(xiàn)。在以往張弦梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析中,主要考察結(jié)構(gòu)位移和內(nèi)力的發(fā)展,以此對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定性分析和抗震能力分析,這往往會(huì)低估結(jié)構(gòu)的塑性耗能,高估結(jié)構(gòu)抗倒塌能力,存在一定的安全隱患。本文以東南大學(xué)九龍湖校區(qū)體育館異形鋼柱支撐的輪輻式張弦梁結(jié)構(gòu)為工程背景,對(duì)該類張弦梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的延性位移、塑性耗能、動(dòng)力失效模式、損傷狀態(tài)、損傷指標(biāo)和易損性進(jìn)行了深入的研究,實(shí)現(xiàn)了張弦梁結(jié)構(gòu)綜合考察延性位移和塑性耗能的非線性增量動(dòng)力時(shí)程分析(IDA),提出了能夠合理表征張弦梁結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)的損傷指標(biāo)和劃分標(biāo)準(zhǔn),發(fā)展了一套有效的針對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)地震易損性分析的方法,論文主要包含以下五個(gè)方面的工作:(1)采用有限元軟件ANSYS建立了異形鋼柱支撐的輪輻式張弦梁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。對(duì)比分析了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果和有限元張拉分析結(jié)果,包含中央剛性環(huán)的豎向位移,外環(huán)梁徑向總收縮值,多次張拉過程中索力值等方面,證明了數(shù)值分析的可靠性,也驗(yàn)證了張弦梁結(jié)構(gòu)模型的精確性。(2)提出了一種適用于張弦梁結(jié)構(gòu)的“改進(jìn)的多重響應(yīng)的全荷載域動(dòng)力時(shí)程分析方法”,在此方法的基礎(chǔ)上,提出了基于特征響應(yīng)的張弦梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力失效模式的判別準(zhǔn)則。選擇兩條地震波對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性增量動(dòng)力時(shí)程分析,考察了結(jié)構(gòu)的最大節(jié)點(diǎn)位移,上弦構(gòu)件、撐桿和拉索三種不同構(gòu)件的不同屈服程度桿件比例,特征節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程曲線三者的相關(guān)性,研究了兩條地震波作用下張弦梁結(jié)構(gòu)的失效模式。從設(shè)防水準(zhǔn)、性能水準(zhǔn)、性能目標(biāo)三個(gè)方面對(duì)比分析中國(guó)和國(guó)外有關(guān)基于性能抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的相同和區(qū)別�；谝延嘘P(guān)于性能的文獻(xiàn)和大跨結(jié)構(gòu)的性能分析,提出了適合張弦梁結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)的定性劃分標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合兩條地震波作用下的特征響應(yīng),對(duì)定性劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了量化。(3)考慮結(jié)構(gòu)和地震動(dòng)的不確定性對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,采用拉丁超立方抽樣方法,獲得了多組結(jié)構(gòu)-地震動(dòng)樣本對(duì),對(duì)每個(gè)樣本對(duì)進(jìn)行非線性增量動(dòng)力時(shí)程分析,獲得所有樣本對(duì)在不同強(qiáng)度地震作用下的特征響應(yīng)。根據(jù)失效極限時(shí)刻的特征響應(yīng),擬合出了損傷指數(shù)用以描述張弦梁結(jié)構(gòu)的損傷程度,將所有樣本對(duì)在不同強(qiáng)度地震作用下的特征響應(yīng)與損傷指數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析驗(yàn)證了損傷指數(shù)的準(zhǔn)確性,并提出了基于損傷指數(shù)的的劃分標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)分析四個(gè)極限狀態(tài)下?lián)p傷指數(shù)的限值所對(duì)應(yīng)的特征響應(yīng),證明了選取的界限值的合理性。(4)分析了各荷載工況下,初始預(yù)應(yīng)力變化時(shí)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力,依據(jù)合理初始預(yù)應(yīng)力的確定準(zhǔn)則,確定了最優(yōu)初始預(yù)應(yīng)力值和合理初始預(yù)應(yīng)力的范圍。采用基于概率統(tǒng)計(jì)的理論分析方法,繪制不同初始預(yù)應(yīng)力的地震易損性曲線,研究合理初始預(yù)應(yīng)力范圍內(nèi),在給定地震動(dòng)強(qiáng)度的前提下,初始預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)地震易損性的影響。研究設(shè)防烈度為7度的不同初始預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)分別處于設(shè)防烈度為6度、7度、8度、9度地區(qū)時(shí),結(jié)構(gòu)的抗震性能。(5)綜合分析了我國(guó)關(guān)于銹蝕的相關(guān)規(guī)定,確定了結(jié)構(gòu)的起銹時(shí)間和銹蝕速率。分析了已有文獻(xiàn)關(guān)于鋼材銹蝕的退化規(guī)律,選取了適合本結(jié)構(gòu)的考慮銹蝕的本構(gòu)模型。從考察延性位移和塑性耗能的角度研究了不同服役齡期的結(jié)構(gòu)剛度的退化規(guī)律。運(yùn)用考慮時(shí)間的地震易損性的理論,繪制了不同服役齡期的地震易損性曲線,為結(jié)構(gòu)的抗震安全評(píng)估,后期鑒定加固,提供參考依據(jù)。研究設(shè)防烈度為7度的不同服役齡期的結(jié)構(gòu)分別處于設(shè)防烈度為6度、7度、8度、9度地區(qū)時(shí),結(jié)構(gòu)的抗震性能。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU352.11
【圖文】：

第一章 緒論3圖1.1 張弦梁結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 張弦梁結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀M.Saitoh[12]首次從概念上闡述了張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理，并對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的分析研究，包含：對(duì)張弦梁進(jìn)行了線性分析[13]，對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)下弦拉索進(jìn)行張力控制分析，對(duì)索施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行詳盡的計(jì)算分析[14]，分析下弦索預(yù)應(yīng)力對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)自振頻率的影響[15]，研究了張弦梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工程施工步驟及索預(yù)應(yīng)力施加方法，對(duì)夾持式索桿限位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)性能的影響，應(yīng)用模態(tài)擴(kuò)展方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行在橫向自由振動(dòng)下的數(shù)值分析和實(shí)例研究分析[16]。通過這些分析

東南大學(xué)博士學(xué)位論文20圖2.2 九龍湖體育館整體效果圖圖2.3 九龍湖體育館整體結(jié)構(gòu)三維圖（1）張弦梁結(jié)構(gòu)在上部鋼屋蓋中，長(zhǎng)軸投影跨度為 88.0m，短軸投影跨度為 76.8m。外輪廓近似橢圓，由四個(gè)圓弧段構(gòu)成。各榀張弦梁繞水平投影面的中心呈放射狀布置，如圖 2.4 所示。為了保證張弦梁平面外的穩(wěn)定性張弦梁的上弦設(shè)置 4 道環(huán)向支撐，如圖 2.5 所示。張弦梁的下弦拉索呈拋物線形布置，張弦梁和拉索由撐桿連接，張弦梁矢高為 3.00m，垂度為 5.00m，如圖 2.6 所示。張弦梁的中心通過剛性環(huán)連接

[132]。圖2.13 拉索編號(hào)圖表2.3 張弦梁分批方案批號(hào) 每批拉索編號(hào)第 1批 1 5 9 13 17 21第 2批 2 6 10 14 18 22第 3批 3 7 11 15 19 23第 4批 4 8 12 16 20 242.2.3 拉索張拉監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備在現(xiàn)場(chǎng)拉索張拉施工過程中[133][134]，同時(shí)進(jìn)行了五方面的施工監(jiān)測(cè)，包括：壓力傳感器索力監(jiān)測(cè)、中央剛性環(huán)豎向位移監(jiān)測(cè)、外環(huán)梁徑向位移監(jiān)測(cè)、平面外頻率法索力監(jiān)測(cè)、脫架情況記錄。位移采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖 2.14 所示。索力通過設(shè)置在索頭的壓力傳感器來測(cè)得，如圖 2.15 所示。由于張弦梁結(jié)構(gòu)中較長(zhǎng)的主索被腹桿分成了若干索段，而索段的長(zhǎng)度短、抗彎剛度不可忽略、邊界約束條件復(fù)雜，因此同時(shí)采用平面外頻率法來測(cè)定索力，與壓力傳感器的結(jié)果相互校核，如圖 2.16 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 溫留漢·黑沙;張永山;汪大洋;;工程結(jié)構(gòu)地震易損性與經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估研究現(xiàn)狀[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年06期

2 黃華;冼耀強(qiáng);劉伯權(quán);丁江澍;;輪輻式索膜結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌性能分析[J];振動(dòng)與沖擊;2015年20期

3 鄭山鎖;田進(jìn);韓言召;徐強(qiáng);孫樂斌;;考慮銹蝕的鋼結(jié)構(gòu)地震易損性分析[J];地震工程學(xué)報(bào);2014年01期

4 何益斌;李艷;沈蒲生;;基于性能的高層混合結(jié)構(gòu)地震易損性分析[J];工程力學(xué);2013年08期

5 李志安;何江飛;高博青;;大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)易損性及評(píng)估分析[J];建筑結(jié)構(gòu);2013年02期

6 于曉輝;呂大剛;;考慮結(jié)構(gòu)不確定性的地震倒塌易損性分析[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2012年10期

7 支旭東;于志偉;范峰;;下部支承結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)震響應(yīng)的影響研究[J];建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展;2012年04期

8 聶桂波;范峰;支旭東;;基于精細(xì)化本構(gòu)的單層柱面網(wǎng)殼強(qiáng)震失效機(jī)理研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2012年S1期

9 施煒;葉列平;陸新征;;基于一致倒塌風(fēng)險(xiǎn)的建筑抗震評(píng)價(jià)方法研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2012年06期

10 孫柏濤;張桂欣;;汶川8.0級(jí)地震中各類建筑結(jié)構(gòu)地震易損性統(tǒng)計(jì)分析[J];土木工程學(xué)報(bào);2012年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 呂大剛;李曉鵬;張鵬;王光遠(yuǎn);;土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性分析的有限元可靠度方法[A];中國(guó)災(zāi)害防御協(xié)會(huì)風(fēng)險(xiǎn)分析專業(yè)委員會(huì)第二屆年會(huì)論文集（一）[C];2006年

2 支旭東;吳金妹;范峰;沈世釗;;模糊綜合判別在網(wǎng)殼失效模式判別中的應(yīng)用研究[A];第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

3 王秀麗;常文兵;高月梅;李永祥;;分級(jí)張拉的雙向張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析[A];第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

4 姜正榮;魏德敏;王仕統(tǒng);;單雙向張弦梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析[A];第九屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 程華強(qiáng);自適應(yīng)張弦梁結(jié)構(gòu)的控制理論與設(shè)計(jì)方法研究[D];浙江大學(xué);2014年

2 聶桂波;網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)基于損傷累積本構(gòu)強(qiáng)震失效機(jī)理及抗震性能評(píng)估[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

3 于曉輝;鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的概率地震易損性與風(fēng)險(xiǎn)分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

4 熊俊;強(qiáng)震作用下鋼框架焊接節(jié)點(diǎn)損傷性能和計(jì)算模型研究[D];清華大學(xué);2011年

5 朱健;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)易損性分析與地震風(fēng)險(xiǎn)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙軍;張弦梁結(jié)構(gòu)基于模態(tài)參數(shù)的損傷識(shí)別方法與試驗(yàn)研究[D];東南大學(xué);2017年

2 陽南;單向張弦梁結(jié)構(gòu)的地震易損性研究[D];東南大學(xué);2016年

3 陳誠(chéng);空間鋼框架結(jié)構(gòu)的地震易損性分析[D];東南大學(xué);2016年

4 嚴(yán)林飛;半剛性節(jié)點(diǎn)鋼框架的地震易損性分析[D];東南大學(xué);2015年

5 田進(jìn);酸性大氣環(huán)境下城市多齡期鋼框架地震易損性分析[D];西安建筑科技大學(xué);2014年

6 李佩芬;基于模型修正的結(jié)構(gòu)地震易損性研究[D];北京交通大學(xué);2014年

7 宋毛毛;基于ABAQUS的鋼—混凝土組合梁鋼框架抗震性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 寧俊超;基于ansys大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力模擬研究[D];西南交通大學(xué);2013年

9 高廣燕;單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

10 陳露;腐蝕后鋼材材料性能退化研究[D];西安建筑科技大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2779752