有研究通过对某体育中心膜结构看台定性模型的损伤动力特性测试,定性模型抗倒塌性能测试和模拟,原型结构抗倒塌性能模拟分析,得到如下主要结论∶
(1)此类索膜结构频率密集,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地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。
(2)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,只影响周边邻近索的内力大小。
(3)结合定性模型倒塌数值模拟分析表明,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,墩柱反力变化较大。
(4)就整体结构而言,膜结构看台的主要构件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、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。
(5)索膜结构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。
(6)膜结构看台脊索或谷索断裂后,邻近索系能够较好地将坍塌部分限于有限的区域内;虽然模拟过程中内环索的断裂将导致索系大幅塌落,邻近悬挂索断裂,但可通过设置多索体系良好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。
(7)为进一步增进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,以增进主索系断裂后的冗余度和内力重分布能力。
(8)由于相邻索断裂后对结构造成较大影响,因此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。
(9)膜结构看台工程中的结构墩柱断裂后,上下压环及腹杆由于应力水平较低,能够良好的进行应力重分布而避免越大范围的破坏,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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