有研究对膜结构自行车棚定型模型进行动力损伤测试,分析断索情况下模型的动力反应,并采用ANSYS程序对该轮辐式大跨索膜结构进行抗倒塌分析,观察该结构局部索的破坏对整体结构的影响以及该结构的抗连续倒塌能力,研究表明∶
(一)该轮辐式索膜结构频率密集,索的损伤对结构频率影响很小,动力测试设备无法正确灵敏的捕捉结构密集的频率,通过动力特性测试来监测本结构损伤、判断结构损伤程度和损伤部位相当困难。
(二)定性模型单根索断裂情况下,结构只在初始0.4s内发生振动,很快即完成内力重分布,单根索断裂导致所系上升或下降,没有造成大范围的结构损伤或塌落,仅影响周边邻近索的内力大小;索断裂对结构的影响由小到大依次为单根谷索、单根脊索、两根相邻谷索、两根相邻脊索、相邻两根索、相邻三根索;按此顺序,索系内力变化程度增加,结构振动加剧,变形增加,但模型上下压环、腹杆等杆系构件内力变化不大,而墩柱反力变化较大。
(三)膜结构自行车棚具有较好的抗连续倒塌能力,索断裂后,将其承担的荷载迅速传递给与之相连的其它索,变形增加后预应力发生松弛反而降低了索系的内力,防范邻近索的进一步断裂破坏。
(四)就整体结构而言,本结构主要构件的重要性由小到大依次为悬挂索、腹杆、下压环、上压环、墩柱、分叉索、脊索、谷索、内环索;重要构件断裂造成的破坏程度由轻到重依次为一根谷索断裂、一根脊索断裂、两根相邻谷索断裂、两根相邻脊索断裂、墩柱断裂、两根相邻索断裂、三根相邻索断裂、内环索断裂。
(五)膜结构自行车棚脊索或谷索断裂后,邻近索系能够较好地将坍塌部分限制在有中X域内∶虽然权拟过程中内环索的断裂将导致索系大幅塌落。i县挂索断新刻.但可通过设置多索体系防范内环索整体断裂∶而墩柱断裂后,上下压环及腹杆由于应力水平较低,能够进行应力重分布而避免跟大范围的破坏。
(六)为进一步提高此类轮辐式索膜结构抗倒塌能力,悬挂索按邻近内环索、邻近上下压环、二者中间部分三个区域分别配置由粗到细的不同直径索,以提高主索系断裂后的冗余度和内力重分布能力;设计中可采用分区设计,不同区连接处采用双索,以便越佳地控制破坏区域,就本结构而言,可按6根相邻脊索和谷索设置为一个区域,连接处采用双索设计。
(七)膜结构自行车棚结构墩柱断裂后,上下压环及腹杆由于应力水平较低,能够良好地进行应力重分布而规避越大范围的破坏,但墩柱尽量避免独柱式,可采用倒Y型、多柱式墩等,以增进碰撞或爆燃后的生存能力。
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