考虑施工误差的环形张弦梁结构极限承载性能和可靠度分析

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大跨环形张弦梁结构是公共建筑的重要组成部分,发挥着十分重要的作用。因其形式多样,施工过程复杂,易受环境温度影响等,使其容易受到各种误差的影响。本文在考虑施工误差影响的下,对大跨环形张弦梁结构进行了结构整体稳定性能及可靠度分析。目前我国对大跨环形张弦梁结构在施工误差方面的研究较少,本文以武威体育馆大跨环形张弦梁屋盖为研究对象,建立SAP2000有限元模型。首先以实测结构响应数据为依据采用响应面法对结构有限元模型进行模型修正,建立基准模型。然后分析了该结构的静、动力特性和易损性,并且对实测出施工误差进行模拟,分析了该结构在施工误差下的整体稳定性能,绘制出该结构的荷载-位移曲线。最后再次利用响应面法,计算了结构在位移失效模式控制下的结构可靠度。研究的主要内容及得到的主要结论如下:(1)根据结构监测方案的内容,对武威体育馆大跨空间张弦梁结构的位移、索力、应变、应力和温度等进行监测,对武威体育馆空间张弦梁屋盖的监测结果整理分析可以得到主要的施工误差有撑杆倾斜和拉索超欠张拉等。(2)以实测的位移和索力为依据,将改进的响应面法应用于大跨环形张弦结构有限元模型修正中。修正后的结构响应偏差平均减小20%左右,且结构位移偏差控制在10%以内,索力偏差控制在5%以内。说明建立的响应面模型很好地表达了结构实际响应与参数之间的关系,修正后的模型可以作为基准模型。(3)利用基准模型进行静力承载性能分析、动力特性分析、IDA和易损性分析;静力承载性能分析表明结构应力和索力低于允许值,结构产生较大竖向位移;动力特性分析表明了结构短轴向刚度弱于长轴向,且竖向是该结构刚度最弱的方向;四种不同组合的反应谱分析表明,虽然地震力不起控制作用,但结构对竖向地震作用较为敏感;时程分析与反应谱分析相比,前者所得的构件内力较大,且地震动作用下的结构分析更加接近实际;IDA和结构易损分析表明外环撑杆倾斜对结构刚度的影响比内环撑杆倾斜要稍大,但撑杆倾斜施工误差对结构刚度影响有限,而预应力的施工误差对结构的刚度影响相对较大;不管该结构存在何种施工误差都需较强的地震动作用才能破坏。(4)分别考虑撑杆倾斜5%、10%和15%以及拉索超欠张拉的情况,对结构进行线性和非线性整体稳定性分析,结果表明稳定因数均满足规范要求。当倾斜的撑杆数量达到总数的3/4左右时,稳定因数降到最低。结构在全跨荷载作用下稳定性好于半跨荷载下的,拉索超张拉和全跨荷载相对于其他情况对结构稳定性有利,但从稳定因数变化值来看,结构稳定对撑杆倾斜和拉索超、欠张拉不太敏感。(5)再次利用响应面法,计算结构在撑杆倾斜5%、10%和15%以及拉索超欠张拉下以位移指标控制的结构可靠度。当结构倾斜撑杆的数量增加时结构可靠度呈现先减小后增大的规律,外环撑杆倾斜对结构可靠度的影响大于内环撑杆,拉索超、欠张拉对可靠度有一定的影响,但结构始终处于安全状态。
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