【摘要】：在我國開展有關(guān)基于性能的地震易損性的研究與應(yīng)用起步相對較晚,且對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,以此對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力穩(wěn)定性分析和抗震能力分析,這往往會低估結(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力時程分析(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)計算模型。對比分析了現(xiàn)場監(jiān)測結(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)的全荷載域動力時程分析方法”,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)動力失效模式的判別準(zhǔn)則。選擇兩條地震波對張弦梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性增量動力時程分析,考察了結(jié)構(gòu)的最大節(jié)點位移,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)點的位移時程曲線三者的相關(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)三個方面對比分析中國和國外有關(guān)基于性能抗震設(shè)計規(guī)范的相同和區(qū)別。基于已有關(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)和地震動的不確定性對結(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)-地震動樣本對,對每個樣本對進(jìn)行非線性增量動力時程分析,獲得所有樣本對在不同強(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)行對比分析驗證了損傷指數(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)計分析四個極限狀態(tài)下?lián)p傷指數(shù)的限值所對應(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),在給定地震動強(qiáng)度的前提下,初始預(yù)應(yīng)力對結(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,結(jié)構(gòu)的抗震性能。(5)綜合分析了我國關(guān)于銹蝕的相關(guān)規(guī)定,確定了結(jié)構(gòu)的起銹時間和銹蝕速率。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。運用考慮時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,結(jié)構(gòu)的抗震性能。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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，并對張弦梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的分析研究，包含：對張弦梁進(jìn)行了線性分析[13]，對張弦梁結(jié)構(gòu)下弦拉索進(jìn)行張力控制分析，對索施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行詳盡的計算分析[14]，分析下弦索預(yù)應(yīng)力對張弦梁結(jié)構(gòu)自振頻率的影響[15]，研究了張弦梁結(jié)構(gòu)實際工程施工步驟及索預(yù)應(yīng)力施加方法，對夾持式索桿限位節(jié)點進(jìn)行了試驗研究，研究各個設(shè)計參數(shù)對張弦梁結(jié)構(gòu)性能的影響，應(yīng)用模態(tài)擴(kuò)展方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行在橫向自由振動下的數(shù)值分析和實例研究分析[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 拉索編號圖表2.3 張弦梁分批方案批號 每批拉索編號第 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)測準(zhǔn)備在現(xiàn)場拉索張拉施工過程中[133][134]，同時進(jìn)行了五方面的施工監(jiān)測，包括：壓力傳感器索力監(jiān)測、中央剛性環(huán)豎向位移監(jiān)測、外環(huán)梁徑向位移監(jiān)測、平面外頻率法索力監(jiān)測、脫架情況記錄。位移采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測，如圖 2.14 所示。索力通過設(shè)置在索頭的壓力傳感器來測得，如圖 2.15 所示。由于張弦梁結(jié)構(gòu)中較長的主索被腹桿分成了若干索段，而索段的長度短、抗彎剛度不可忽略、邊界約束條件復(fù)雜，因此同時采用平面外頻率法來測定索力，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)損失評估研究現(xiàn)狀[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報;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;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;2012年10期

7 支旭東;于志偉;范峰;;下部支承結(jié)構(gòu)對網(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;2012年S1期

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

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

相關(guān)會議論文 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];中國災(zāi)害防御協(xié)會風(fēng)險分析專業(yè)委員會第二屆年會論文集（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];第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2007年

3 王秀麗;常文兵;高月梅;李永祥;;分級張拉的雙向張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析[A];第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會論文集[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];第九屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會論文集[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)點損傷性能和計算模型研究[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)的損傷識別方法與試驗研究[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;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)險評估研究[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：2779752