大跨結(jié)構(gòu)的案例
風(fēng)雨不動(dòng)安如山：大跨空間結(jié)構(gòu)受力研究
浙江自古以來(lái)就是臺(tái)風(fēng)災(zāi)害、洪潮災(zāi)害以及雨雪災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，具有頻率高、強(qiáng)度大、災(zāi)害損失嚴(yán)重等的特點(diǎn)。因此臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴、洪潮以及雨雪所造成的經(jīng)濟(jì)損失也是浙江省各類(lèi)自然災(zāi)害中排名靠前的。浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，大跨空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛。但近年來(lái)臺(tái)風(fēng)、暴雪等惡劣天氣災(zāi)害導(dǎo)致的大跨空間結(jié)構(gòu)破壞時(shí)有發(fā)生，因此研究惡劣天氣環(huán)境下大跨空間結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和失效機(jī)理具有重要的社會(huì)意義和科學(xué)意義。
袁行飛，教授，博士生導(dǎo)師，自1995年始從事空間結(jié)構(gòu)研究工作，對(duì)索穹頂?shù)刃滦退鳁U張力結(jié)構(gòu)的體系開(kāi)發(fā)、計(jì)算分析理論、結(jié)構(gòu)優(yōu)化控制等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。近年來(lái)也對(duì)結(jié)構(gòu)在各種交叉領(lǐng)域如建筑節(jié)能、可再生能源利用中的相關(guān)理論和應(yīng)用進(jìn)行了有益探索。先后負(fù)責(zé)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目四項(xiàng)，主要研究方向是：空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)，索桿張力結(jié)構(gòu)，索穹頂結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)技術(shù)。
2014年1月，袁行飛擔(dān)任浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目"惡劣天氣環(huán)境下大跨空間結(jié)構(gòu)失效機(jī)理研究"的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，該項(xiàng)目于2017年12月順利完成了結(jié)題驗(yàn)收。項(xiàng)目從荷載、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)三個(gè)層次對(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)在惡劣天氣環(huán)境下的失效機(jī)理進(jìn)行了研究。建立了臺(tái)風(fēng)和風(fēng)致積雪計(jì)算模型，得到了結(jié)構(gòu)在臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)下的平均風(fēng)壓系數(shù)和各點(diǎn)風(fēng)速時(shí)程，推導(dǎo)了屋蓋風(fēng)致積雪分布系數(shù)計(jì)算公式。建立了拉索和壓桿精確力學(xué)分析模型，推導(dǎo)了適用于向量式有限元的精細(xì)梁?jiǎn)卧獜椝苄苑治鲇?jì)算公式。對(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)倒塌全過(guò)程中的接觸、碰撞、斷裂等不連續(xù)行為進(jìn)行了研究。將冗余度理論應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)的失效分析，基于局部構(gòu)件失效后結(jié)構(gòu)的冗余度分布評(píng)價(jià)構(gòu)件重要性。開(kāi)發(fā)了包含前處理模塊、計(jì)算分析模塊和后處理模塊在內(nèi)的索桿張力結(jié)構(gòu)倒塌分析程序，對(duì)空間結(jié)構(gòu)受力全過(guò)程進(jìn)行了仿真分析，研究了索穹頂結(jié)構(gòu)和弦支穹頂結(jié)構(gòu)在不同荷載作用、局部索破斷情況下結(jié)構(gòu)的破壞模式及失效機(jī)理。
展開(kāi) 大跨結(jié)構(gòu)的另一個(gè)選擇——折板結(jié)構(gòu)
鋼屋蓋結(jié)構(gòu)采用變截面桁架折板結(jié)構(gòu)，由18榀基本單元排列組成，每榀間距18 米。其中室內(nèi)跨跨度為55米，室外跨跨度36米。
結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果與折板框架的概念分析特點(diǎn)一致。首先由于折面的空間作用，結(jié)構(gòu)側(cè)向與豎向剛度均較大，Y向位移僅為允許位移的25%。其次，結(jié)構(gòu)受力以軸力為主，但在結(jié)構(gòu)折面轉(zhuǎn)折處彎矩較大，此處為結(jié)構(gòu)的主受力桿件，需要進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)。
由于篇幅有限，這里就不一一介紹了，下面列舉一些圖片來(lái)撩一撩你。
本文來(lái)源iStructure公眾號(hào)
作者：PP
展開(kāi) 空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點(diǎn)有限元分析
空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點(diǎn)有限元分析
大跨空間結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定分析指南
哪些結(jié)構(gòu)需要？
我們知道在鋼構(gòu)件驗(yàn)算時(shí)，需要驗(yàn)算腹板和翼緣的穩(wěn)定性，保證板件的高厚比或?qū)捄癖仍谝欢ㄏ拗捣秶鷥?nèi)，這叫局部穩(wěn)定驗(yàn)算。桿件是由腹板和翼緣組成的，即使腹板和翼緣不會(huì)局部失穩(wěn)，如果桿件軸壓較大，或者長(zhǎng)細(xì)比較大，還容易出現(xiàn)桿件層面的穩(wěn)定問(wèn)題，還需要桿件穩(wěn)定驗(yàn)算。
結(jié)構(gòu)是由桿件組成的，對(duì)于某些結(jié)構(gòu)（比如單層網(wǎng)殼）宏觀上結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在較大軸壓力，即使我們保證了桿件層面穩(wěn)定，也不能保證整體層面穩(wěn)定。因此這類(lèi)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算，這如同局部穩(wěn)定和桿件穩(wěn)定的關(guān)系。對(duì)于結(jié)構(gòu)而言桿件就是結(jié)構(gòu)的局部。而那些宏觀來(lái)看主要是抗彎的空間結(jié)構(gòu)（比如平板網(wǎng)架）則無(wú)需進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算，保證桿件穩(wěn)定就可以了。
02
整體穩(wěn)定分析的執(zhí)行步驟
1）線性屈曲分析
線性屈曲分析沒(méi)有考慮缺陷、幾何非線性、材料非線性，是一個(gè)比較理想狀態(tài)，因此得到的臨界荷載系數(shù)偏大。
展開(kāi) 
【直播】大跨空間結(jié)構(gòu)直接分析設(shè)計(jì)法，實(shí)例解析！
第一講，7月11日晚7點(diǎn)
1、介紹空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)成及分類(lèi)
根據(jù)曲面的形式分類(lèi)
根據(jù)構(gòu)件的類(lèi)型(剛性、柔性)
根據(jù)傳力的的分類(lèi)
2、空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的方法及工具
介紹一種常用的建模工具grasshopper
介紹常用的分析工具midas/abaqus
介紹各軟件的特點(diǎn)及注意事項(xiàng)
3、空間結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
介紹空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的關(guān)鍵性問(wèn)題
對(duì)新舊兩本鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于穩(wěn)定問(wèn)題比較
介紹計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)法的應(yīng)用
第二講，7月18日晚7點(diǎn)
1、 直接設(shè)計(jì)法的基本思路
介紹新版鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范關(guān)于直接設(shè)計(jì)法的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)原理
2、 彈性范圍內(nèi)進(jìn)行的設(shè)計(jì)
介紹體系層面的初始缺陷施加方法
介紹構(gòu)件層面的初始缺陷施加方法
對(duì)施加初始缺陷的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)
將直接分析設(shè)計(jì)的結(jié)果與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行比較
3、 彈塑性的分析與設(shè)計(jì)
以abaqus為例，介紹施加初始缺陷之后的結(jié)構(gòu)全過(guò)程分析流程
對(duì)全過(guò)程分析結(jié)果進(jìn)行解讀
考察是否施加初始缺陷，結(jié)構(gòu)極限承載力的影響
課程受眾人群
1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的從業(yè)人員 (設(shè)計(jì)院的結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè))
2、高校空間結(jié)構(gòu)研究生
3、建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)研究所的技術(shù)人員
4、建筑結(jié)構(gòu)程序開(kāi)發(fā)人員
講師介紹
資深結(jié)構(gòu)工程師，擁有豐富的建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，尤其擅長(zhǎng)：復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)、大跨空間結(jié)構(gòu)、彈塑性、組合結(jié)構(gòu)。熟練掌握abaqus、HyperWorks、MIDAS、SAP2000、3D3S、YJK、PKPM等軟件。
展開(kāi) 大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型及案例分享
(來(lái)源：鋼結(jié)構(gòu)幕墻BIM)
利用LS-DYNA的球心爆炸模擬
球殼結(jié)構(gòu)作為一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應(yīng)用于體育館，儲(chǔ)煤倉(cāng)，核反應(yīng)堆，科技館等一系列重要的公共結(jié)構(gòu)，如何采取合理的工程措施以減少恐怖爆炸襲擊帶來(lái)的危害，逐漸成為越來(lái)越多的工程師關(guān)注的問(wèn)題。爆炸產(chǎn)生的沖擊波特性研究包括炸藥爆轟過(guò)程以及其相應(yīng)的物理效應(yīng)、爆炸的特點(diǎn)、能量釋放以及沖擊波荷載形成的機(jī)理。往往在真實(shí)的爆炸發(fā)生時(shí)，爆炸波的傳播將受到周?chē)系K物的影響，變化的地形、周?chē)ㄖ锏姆植家约敖ㄖ旧淼男螤疃紝⒏淖儽úǖ膫鞑ヒ?guī)律，從而使其對(duì)于結(jié)構(gòu)作用的分布規(guī)律也變得比較復(fù)雜。特別是對(duì)于大跨空間結(jié)構(gòu)，除了由于與起爆點(diǎn)與結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)之間距離不同導(dǎo)致爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波傳遞到結(jié)構(gòu)表面存在時(shí)間差異外，由于大跨結(jié)構(gòu)體型豐富的特點(diǎn)，還存在沖擊波傳播到達(dá)結(jié)構(gòu)時(shí)在結(jié)構(gòu)表面上發(fā)生反射以及繞射現(xiàn)象等問(wèn)題。因此，使得大跨空間結(jié)構(gòu)的爆炸問(wèn)題的研究變得十分復(fù)雜，難以直接用從前的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，在當(dāng)今復(fù)雜的社會(huì)形勢(shì)下，如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗爆方面的防護(hù)設(shè)計(jì)正逐漸成為各國(guó)學(xué)者以及土木工程師關(guān)注的研究熱點(diǎn)，而進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題就是要合理確定建筑物表面所遭受的爆炸荷載。數(shù)值模擬的方法不僅節(jié)省了爆炸實(shí)驗(yàn)所耗費(fèi)的巨大成本，而且同時(shí)還解決了由于爆炸的強(qiáng)瞬時(shí)性帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)過(guò)程難以觀測(cè)和記錄的問(wèn)題。若應(yīng)用LS-DYNA計(jì)算爆炸問(wèn)題則可簡(jiǎn)便地獲得爆炸流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)壁面爆炸載荷，是建筑結(jié)構(gòu)抗爆問(wèn)題研究的一種有力工具；從某種程度上來(lái)講，數(shù)值模擬可以極大地豐富爆炸問(wèn)題的各種數(shù)據(jù)，使從前在試驗(yàn)中難以操作的問(wèn)題得以實(shí)現(xiàn)。本文將利用ANSYS/LS-DYNA對(duì)球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行爆炸載荷下的數(shù)值仿真。
利用ANSYS作為前處理軟件建立帶有球殼結(jié)構(gòu)的爆炸有限元模型，如下圖所示，模型中包含炸藥、空氣結(jié)構(gòu)，設(shè)置炸藥位于球殼結(jié)構(gòu)的中心。
展開(kāi) 一致輸入和多點(diǎn)輸入下超長(zhǎng)鋼框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析
在同一次地震中，結(jié)構(gòu)尺度范圍內(nèi)不同點(diǎn)的地震動(dòng)過(guò)程是不同的，這是因?yàn)榈卣鸩ㄔ趥鞑ミ^(guò)程中具有行波效 應(yīng)、相干效應(yīng)和場(chǎng)地效應(yīng)等。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，所有結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，均應(yīng)考慮地 震動(dòng)空間變異性的影響。只是當(dāng)結(jié)構(gòu)尺度較小或采用整體基礎(chǔ)時(shí)，這種影響可能 較小，通常可按一致激勵(lì)進(jìn)行分析。但是，隨著結(jié)構(gòu)尺度的不斷擴(kuò)大(如大跨結(jié)構(gòu))和延長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)(如長(zhǎng)大橋梁、超長(zhǎng)航站樓指廊)的興建，地震動(dòng)空間變異性的影響越來(lái)越顯著。
常規(guī)的結(jié)構(gòu)地震分析是一致輸入下的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析，即假定地震波是同時(shí)到達(dá)結(jié)構(gòu)、并且場(chǎng)地也是均勻的。在結(jié)構(gòu)尺度很小時(shí)，這種近似不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析帶來(lái)很大的誤差；但是當(dāng)結(jié)構(gòu)的尺度很大、即大跨空間結(jié)構(gòu)時(shí)，這種近似就不再能準(zhǔn)確地表達(dá)出結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，有時(shí)候引起的誤差是相當(dāng)大的。此時(shí)，需要進(jìn)行多維多點(diǎn)輸入的反應(yīng)分析。
針對(duì)罕遇地震作用,本文采用位移輸入模式，對(duì)超長(zhǎng)鋼框架結(jié)構(gòu)建立有限元計(jì)算模型，分別采用一致激勵(lì)輸入和多點(diǎn)激勵(lì)輸入方法，進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。通過(guò)數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，在超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中（例如航站樓等）采用多點(diǎn)激勵(lì)輸入計(jì)算結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的響應(yīng)更合理。
1.計(jì)算原理
1.1一致位移輸入模型
在絕對(duì)坐標(biāo)系下，地面與結(jié)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)自由度可分成上部結(jié)構(gòu)自由度及與基礎(chǔ)相連的支座自由度兩類(lèi)，此時(shí)結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力平衡方程可寫(xiě)成：
1.2 多點(diǎn)位移輸入模型
由D ?Alembert原理，一般采用集中質(zhì)量矩陣，大跨結(jié)構(gòu)(包含基礎(chǔ)在內(nèi))在地震作用下的震動(dòng)微分方程是：
在時(shí)程分析中，多采用時(shí)域內(nèi)逐步積分方法。
展開(kāi) 『分享』2006MIDAS上海培訓(xùn)交流會(huì)(PPT)
簡(jiǎn)介：MIDAS能解決以下實(shí)際結(jié)構(gòu)問(wèn)題：
小震問(wèn)題：靜力地震作用、反映譜分析、彈性時(shí)程分析
中震問(wèn)題：中震彈性分析及設(shè)計(jì)、中震不屈服分析及設(shè)計(jì)
大震問(wèn)題：靜力彈塑性（Pushover）分析、動(dòng)力彈塑性分析
空間大跨結(jié)構(gòu)：幾何非線性分析
特種結(jié)構(gòu)：靜力分析、材料非線性分析
其他分析：邊界非線性動(dòng)力分析（消能減震、阻尼器、摩擦擺隔震裝置）、預(yù)應(yīng)力分析、施工階段分析
本課件是2006MIDAS上海培訓(xùn)交流會(huì)的演示文件。
2006MIDAS上海培訓(xùn)交流會(huì).zip
超大跨鋼管混凝土拱橋 ANSYS APDL 精細(xì)化建模案例介紹 ￥39.9
案例特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
本案例具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：
跨徑超過(guò) 400 米，結(jié)構(gòu)規(guī)模大，具有典型的工程代表性；
模型結(jié)構(gòu)清晰，層次分明，各部分單元類(lèi)型選擇合理；
恒載工況一次收斂，驗(yàn)證了模型在約束與剛度分配上的合理性；
橋面采用 SHELL181 單元，能更好地反映橋面板受力和橋面與拱肋的協(xié)同效應(yīng)；
模型可直接拓展用于施工階段模擬、索力優(yōu)化、線形控制及組合工況分析。
該案例在模型規(guī)模、構(gòu)件定義、求解穩(wěn)定性方面均經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，適合作為進(jìn)一步分析的起點(diǎn)模型。
1.5. 適用對(duì)象
該案例適用于以下類(lèi)型的用戶：
從事橋梁仿真分析的結(jié)構(gòu)工程師；
學(xué)習(xí) ANSYS APDL 的進(jìn)階用戶；
需要建立鋼管混凝土拱橋或桁架橋有限元模型的工程技術(shù)人員。
通過(guò)此案例，用戶可以快速掌握超大跨橋梁的有限元建模邏輯，并據(jù)此開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的分析模型。
1.6. 可擴(kuò)展研究方向
本案例可作為多類(lèi)研究工作的基礎(chǔ)模型，具體包括但不限于：
恒載與活載組合工況的分析與設(shè)計(jì)；
吊索索力優(yōu)化與結(jié)構(gòu)內(nèi)力均衡分析；
分步加載的施工階段模擬；
剛度敏感性分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)；
橋面與主拱協(xié)同受力特性研究；
成橋線形控制與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
用戶可根據(jù)自身研究方向在該模型基礎(chǔ)上拓展相應(yīng)工況與分析流程。
1.7. 模型文件清單
TrussArcBridge.cdb —— 橋梁有限元模型文件；
TrussArcBridge.mac —— 自動(dòng)計(jì)算命令流文件。
可在 ANSYS APDL 中直接運(yùn)行，模型構(gòu)建、載荷施加、求解與結(jié)果輸出均可自動(dòng)完成。
1.8. 案例總結(jié)
鋼管混凝土拱橋作為一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力體系多樣的大跨結(jié)構(gòu)形式，其精細(xì)化有限元分析對(duì)理解結(jié)構(gòu)性能、優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)具有重要意義。
展開(kāi) 超大跨懸索橋 ANSYS 建模案例 ￥49.9
案例特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
該案例具備以下主要特點(diǎn)：
主跨 超過(guò)1000米，結(jié)構(gòu)規(guī)模大，具有一定的工程代表性與；
采用魚(yú)骨梁方法建模，結(jié)構(gòu)體系清晰、計(jì)算效率高；
吊索、主纜體系通過(guò)LINK180 單元建模，模型完整考慮幾何非線性，能反映大跨結(jié)構(gòu)的真實(shí)變形特征；
恒載工況一次收斂，求解穩(wěn)定，可直接擴(kuò)展到活載、溫度、風(fēng)載等工況；
模型結(jié)構(gòu)層次分明，邏輯清晰，便于二次開(kāi)發(fā)和復(fù)用。
該案例不僅能用于懸索橋恒載分析，還可作為索力優(yōu)化、施工階段模擬及結(jié)構(gòu)非線性特性研究的基礎(chǔ)模型。
1.5. 適用對(duì)象
該案例適用于以下類(lèi)型的用戶：
從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真的工程技術(shù)人員；
需要建立大跨懸索橋模型進(jìn)行線形、索力或穩(wěn)定性研究的工程師；
學(xué)習(xí)或進(jìn)階使用 ANSYS APDL 的結(jié)構(gòu)分析人員。
通過(guò)該模型，用戶可快速理解懸索橋結(jié)構(gòu)體系的受力規(guī)律，并掌握魚(yú)骨梁建模方法在超大跨結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
1.6. 可擴(kuò)展研究方向
在該模型的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開(kāi)展以下研究或仿真分析：
懸索橋恒載與活載組合工況分析；
索力優(yōu)化與結(jié)構(gòu)內(nèi)力平衡研究；
施工階段模擬及成橋線形控制分析；
溫度荷載、風(fēng)荷載作用下的非線性響應(yīng)研究；
主纜與加勁梁協(xié)同受力性能分析；
結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化。
模型框架開(kāi)放，可根據(jù)研究需求添加附屬結(jié)構(gòu)、荷載類(lèi)型或施工步驟，擴(kuò)展性強(qiáng)。
1.7. 案例總結(jié)
懸索橋作為典型的超大跨橋梁結(jié)構(gòu)，其受力體系復(fù)雜、幾何非線性顯著，對(duì)有限元建模的精度和穩(wěn)定性要求較高。本案例基于 ANSYS APDL 平臺(tái)，采用魚(yú)骨梁建模思路，結(jié)合 BEAM188 與 LINK180 元素的特性，構(gòu)建了一個(gè)精細(xì)、穩(wěn)定、可擴(kuò)展的懸索橋仿真模型案例。該模型提供了一個(gè)開(kāi)箱即用、萬(wàn)變不離其宗的基礎(chǔ)案例。
展開(kāi) 
ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座水平力學(xué)性能研究
Keywords: large-span spatial structure; rubber bearing; initial rotation; horizontal stiffness; experimental study
近些年來(lái)，隨著隔震技術(shù)的發(fā)展，隔震建筑不斷涌現(xiàn)，且在歷次大地震的考驗(yàn)中展現(xiàn)出了優(yōu)秀的抗震性能。隔震技術(shù)被認(rèn)為是最有效的抗震手段之一[1]。其中，采用橡膠隔震支座進(jìn)行隔震是一種比較常用且成熟的方法。在一些使用橡膠隔震支座的大跨空間結(jié)構(gòu)中，其支座常常存在轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題[2-3]，這必然會(huì)對(duì)支座的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其隔震效果。因此，本文對(duì)有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座的水平力學(xué)性能進(jìn)行研究，為橡膠隔震支座在大跨空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供參考。
水平力學(xué)性能是橡膠隔震支座最重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。HARINGX[4]首次將支座假定為一個(gè)均勻和各向同性的柱體，提出了在水平力與豎向壓力共同作用下疊層橡膠支座的水平剛度理論計(jì)算公式。在中等剪應(yīng)變下，HARINGX的理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好[5]。KOH等[6]提出了在大豎向壓力和大剪應(yīng)變下的橡膠支座力學(xué)模型。針對(duì)HARINGX理論的不足，CHANG[7]提出采用剛度矩陣法，DING等[8]提出了轉(zhuǎn)換矩陣法，通過(guò)研究一個(gè)具有上下鋼板約束的單層橡膠墊來(lái)分析疊層橡膠隔震支座的力學(xué)性能。HE等[9]根據(jù)HARINGX理論研究了橡膠支座的回轉(zhuǎn)剛度，并提出支座端部的轉(zhuǎn)角會(huì)對(duì)支座的水平剛度產(chǎn)生較大影響。RAVARI等[10]根據(jù)HARINGX理論，對(duì)有初始轉(zhuǎn)角的疊層橡膠支座進(jìn)行了分析，并提出了簡(jiǎn)化計(jì)算模型。
目前，相關(guān)學(xué)者針對(duì)有初始轉(zhuǎn)角的疊層橡膠支座的研究多為理論研究，且大部分均基于HARINGX理論，不能反映橡膠材料本身的變化對(duì)支座水平剛度的影響，相關(guān)的試驗(yàn)研究也還很少。
展開(kāi) 【劃重點(diǎn)與簡(jiǎn)析】建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 51408-2021）
6.3.16 注意IV類(lèi)場(chǎng)地的高層結(jié)構(gòu)，柱軸壓比限值應(yīng)適當(dāng)減小。
6.3.18 剪力墻隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)注意在設(shè)置隔震層時(shí)，抗震墻和開(kāi)洞抗震墻下應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換梁，需注意相關(guān)構(gòu)造要求。
6.3.20-2 上部結(jié)構(gòu)底層不應(yīng)采用偏心支撐，宜采用屈曲約束支撐（BRB）或中心支撐 。隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時(shí)，鋼框架一支撐結(jié)構(gòu)的框架部分按剛度分配計(jì)算得到的地震層剪力應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)，達(dá)到不小于上部結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25%和框架部分計(jì)算最大層剪力1.8倍二者的較小值。（6.3.22）
7.1.2 大跨屋蓋建筑中的隔震支座宜采用隔震橡膠支座、摩擦擺隔震支座或彈性滑板支座。采用其他隔震支座時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究 。
7.1.3 大跨屋蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)溫度變形引起的隔震支座和隔震層各裝置的變形。地震效應(yīng)應(yīng)進(jìn)行三向地震輸入的時(shí)程分析（7.1.4）。地震作用的荷載效應(yīng)組合應(yīng)計(jì)入環(huán)境溫度的影響，溫度作用的荷載組合分項(xiàng)系數(shù)可取 0.4。（7.3.3）
9 核電廠建筑相關(guān)要求較普通結(jié)構(gòu)要求更高，主要在支座性能檢測(cè)、支座驗(yàn)算限值、地震作用效用（三向）、隔震縫寬度取值、上部結(jié)構(gòu)層間位移角、地震監(jiān)測(cè)與預(yù)警等方面。
10 加固結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)抗震措施，根據(jù)底部剪力比及相應(yīng)地震烈度確定。詳見(jiàn)加固規(guī)范。
展開(kāi) PKPM-CAE建筑仿真模塊正式發(fā)布，三大核心應(yīng)用場(chǎng)景助力復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
②高層結(jié)構(gòu)大震彈塑性分析，基于通用有限元內(nèi)核，數(shù)據(jù)開(kāi)放，彈塑性分析功能專(zhuān)業(yè)，能夠滿足復(fù)雜工程彈塑性分析需求。③大跨結(jié)構(gòu)屈曲/后屈曲穩(wěn)定性分析，可用于網(wǎng)架網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)的非線性穩(wěn)定分析。
2.1 節(jié)點(diǎn)分析
某綜合樓的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)分析復(fù)核，與ABAQUS結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，節(jié)點(diǎn)的邊界條件（即節(jié)點(diǎn)荷載）從PKPM設(shè)計(jì)軟件中導(dǎo)出。
由計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知：對(duì)于正常使用加載情況（即最不利工況組合），PKPM-CAE和ABAQUS的計(jì)算結(jié)果幾乎完全一致，位移和應(yīng)力誤差均小于1%；對(duì)于極限加載情況，PKPM-CAE和ABAQUS的極限承載能力計(jì)算結(jié)果基本一致，誤差約為5%。
2.2 大震彈塑性分析
某高層結(jié)構(gòu)，共68層，總高328米，約150萬(wàn)自由度。
從PKPM設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)入設(shè)計(jì)模型，然后自動(dòng)選波（地震波時(shí)長(zhǎng)30s），采用顯式動(dòng)力學(xué)分析，開(kāi)啟CUDA并行計(jì)算（NVIDIA A100顯卡），總計(jì)算時(shí)間約5小時(shí)。
PKPM-CAE能夠自動(dòng)化完成計(jì)算分析、結(jié)果整理、報(bào)告書(shū)生成，基本實(shí)現(xiàn)了大震彈塑性分析全過(guò)程一鍵式傻瓜化完成。
2.3 雙非線性穩(wěn)定性分析
某空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，對(duì)其做線性屈曲分析（臨界失穩(wěn)）和雙非線性穩(wěn)定分析（幾何非線性+彈塑性），并跟ABAQUS結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，加載模式包括半跨加載和滿跨加載。
由計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知：對(duì)于臨界失穩(wěn)問(wèn)題，PKPM-CAE和ABAQUS的結(jié)果幾乎完全一致，臨界失穩(wěn)荷載系數(shù)誤差小于1%；對(duì)于雙非線性穩(wěn)定問(wèn)題，PKPM-CAE和ABAQUS的極限承載能力計(jì)算結(jié)果幾乎完全一致，其真實(shí)承載能力約為臨界失穩(wěn)荷載的1/3。
3.
展開(kāi) 這個(gè)世界第一成了結(jié)構(gòu)力學(xué)的反面教材
魁北克橋采用了比較新穎的懸臂構(gòu)造，于1867年首次使用，其典型形式是主墩一個(gè)方向伸出懸臂跨，由另一方向的錨臂跨平衡。跨中用簡(jiǎn)支懸跨連接形成整體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)支中跨和懸臂跨自重通過(guò)錨臂跨和抗拔墩來(lái)平衡。
庫(kù)珀收到6份上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，2份下部結(jié)構(gòu)方案，審查后選擇了鳳凰公司的懸臂橋方案。整個(gè)過(guò)程中，鳳凰公司一直都與庫(kù)珀保持著聯(lián)系（Holgate et al.1908），且魁北克大橋公司也傾向于鳳凰橋梁公司中標(biāo)（Tar kov 1986）。這些都讓人感覺(jué)至少招標(biāo)過(guò)程不公平和不透明，盡管很多人信任庫(kù)珀（Holgate et al.1908）。
鳳凰橋梁公司得到上部結(jié)構(gòu)施工合同，戴維斯公司得到下部結(jié)構(gòu)施工合同。但因財(cái)務(wù)原因，鳳凰橋梁公司拒絕與魁北克橋梁公司簽合同，使魁北克公司面臨相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。1903年政府資金到位，財(cái)務(wù)問(wèn)題解決，當(dāng)年6月19日才最終簽署了合同，魁北克橋梁公司也更名為魁北克橋梁和鐵路公司。
魁北克大橋是當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂達(dá)171.5米，兩懸臂間支撐205.7米簡(jiǎn)支懸跨，梁體離河面45.7米，初始設(shè)計(jì)主跨487.7米。1900年5月，庫(kù)珀將主跨增加到548.6米，避免深水墩和冰棱撞擊，縮短橋墩施工時(shí)間。雖然跨度改變表面上是基于工程技術(shù)考慮，但跨度增加（以超過(guò)英國(guó)福斯橋）使庫(kù)珀成為建造全世界當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)懸臂梁橋的工程師也是事實(shí)（Petroski 1995；Middleton 2001）。
魁北克橋于1900年10月2日正式開(kāi)工。橋墩由大塊花崗巖與混凝土填料組成，高度在最高水位之上約8米。墩頂以下5.8米的墩身用堅(jiān)硬花崗巖，墩身設(shè)計(jì)成坡度為1/144的錐形，墩頂截面為9.1米×40.5米，墩身基礎(chǔ)為長(zhǎng)45.7米、寬14.9米、高7.6米的混凝土沉箱，重達(dá)1600噸。
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