陳聯(lián)盟，劉毅杰，曾一洪，章 禾，周一一，董石麟

（1.溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江溫州 325035；2.常州工學(xué)院土木與建筑學(xué)院，江蘇常州 213002；3.浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心，浙江杭州 310027）

引言

索桿預(yù)張力結(jié)構(gòu)是一種由拉索和壓桿為基本單元、通過張拉成形的柔性結(jié)構(gòu)體系。由于充分利用拉索的高強(qiáng)性并通過調(diào)整結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力分布優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度分布，使得結(jié)構(gòu)具有承載性能好、跨越能力強(qiáng)、構(gòu)造輕盈等諸多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，由于該類結(jié)構(gòu)冗余度低，當(dāng)遭受風(fēng)雪超載、爆炸沖擊等突發(fā)狀況或是其他意外干擾時(shí)，容易產(chǎn)生連續(xù)倒塌［1-3］。因此深入分析該類結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能，提高結(jié)構(gòu)抵抗連續(xù)倒塌破壞、不發(fā)生不相稱破壞的能力對(duì)于進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要意義。

當(dāng)前結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌研究對(duì)象主要集中于框架結(jié)構(gòu)體系，針對(duì)空間大跨結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)較少，主要原因是基于對(duì)網(wǎng)架網(wǎng)殼等傳統(tǒng)空間大跨度結(jié)構(gòu)具有較高超靜定次數(shù)的普遍認(rèn)識(shí)，認(rèn)為單根桿件的失效不足以顯著削弱整體結(jié)構(gòu)的承載能力儲(chǔ)備。然而索桿預(yù)張力結(jié)構(gòu)不同于網(wǎng)架網(wǎng)殼等具有高次超靜定構(gòu)件的傳統(tǒng)大跨結(jié)構(gòu)，其冗余度低、對(duì)施工誤差等意外干擾敏感，在超載或是意外干擾作用下容易出現(xiàn)倒塌事件。因此需要進(jìn)一步開展符合索桿預(yù)張力結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)的連續(xù)倒塌機(jī)理分析、評(píng)價(jià)各類桿件在抵抗結(jié)構(gòu)不發(fā)生連續(xù)倒塌過程中的作用及基于結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。國內(nèi)外何鍵［4］、王化杰［5］、區(qū)彤［6］、TLAN［7］、賀擁軍［8］等學(xué)者采用生死單元、瞬間移除構(gòu)件、瞬時(shí)加載法等技術(shù)模擬斷索，分析了各類索穹頂結(jié)構(gòu)發(fā)生局部失效、斷索后的結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力變化和節(jié)點(diǎn)位移響應(yīng)。陸金鈺等［9］、江曉峰［10］等基于ANSYS/LS-DYNA軟件分析了索桿張力結(jié)構(gòu)、張弦梁等結(jié)構(gòu)發(fā)生局部失效或斷索后結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和倒塌過程。蔡建國等［11］以新廣州站索拱結(jié)構(gòu)屋蓋體系為對(duì)象，采用變換荷載路徑法分析了結(jié)構(gòu)抗連續(xù)性倒塌性能。曾濱等［12］采用考慮結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)的等效荷載卸載法模擬張弦桁架拉索失效分析了4種布索方案下關(guān)鍵索失效后結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及抗連續(xù)倒塌性能?？偟膩碚f，張力結(jié)構(gòu)局部失效、斷索引發(fā)的內(nèi)力、位移等響應(yīng)分析及倒塌現(xiàn)象研究已逐步展開，但更多基于出現(xiàn)索松弛退出工作、局部大變形大位移等定性描述，并沒有深入分析倒塌發(fā)展機(jī)理、各類桿件在抗連續(xù)倒塌過程中的重要性評(píng)價(jià)等。

鑒于此，文中結(jié)合國內(nèi)某具體工程案例、基于ANSYS/LS-DYNA分析平臺(tái)、采用全動(dòng)力等效荷載瞬時(shí)卸載法的顯式動(dòng)力分析方法，分析該類結(jié)構(gòu)因局部構(gòu)件失效引發(fā)的連續(xù)倒塌全過程內(nèi)力、位移及能量響應(yīng)，明確其失效模式和倒塌機(jī)理，評(píng)價(jià)各類構(gòu)件在抗連續(xù)倒塌過程中的重要性，探明桿件截面、結(jié)構(gòu)形狀等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌影響規(guī)律進(jìn)而提高該類結(jié)構(gòu)抵抗連續(xù)倒塌的能力，因此具有一定重要的理論研究和工程應(yīng)用意義。

1 結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算方法

1.1 基本模型

內(nèi)蒙古伊旗全民健身體育中心屋蓋采用柔性索桿張力結(jié)構(gòu)——肋環(huán)型索穹頂結(jié)構(gòu)，跨度71.2 m，矢高5.5 m，矢跨比約為1/13，環(huán)向20等分，設(shè)計(jì)荷載0.4 kN/m2。結(jié)構(gòu)共設(shè)置兩道環(huán)索，中心設(shè)置拉力環(huán)，整個(gè)結(jié)構(gòu)固定鉸支于周邊剛性受壓環(huán)梁上，結(jié)構(gòu)模型、平面和剖面如圖1所示，各構(gòu)件截面參數(shù)及初始預(yù)應(yīng)力如表1所示，其中拉索、壓桿彈性模量分別為160、206 GPa。

圖1 索穹頂結(jié)構(gòu)Fig.1 Cable dome structure

表1 初始模型構(gòu)件參數(shù)及初始預(yù)應(yīng)力值Table 1 Parameters and initial pre-stress of initial model elements

1.2 分析方法

（1）單元的選取與建模

基于索桿預(yù)張力結(jié)構(gòu)中索、桿單元受力特性，Ansys/Ls-dyna軟件分析時(shí)分別選取LINK167和LINK160單元，并通過定義偏置量來施加預(yù)應(yīng)力，具體公式如下：

式中：ΔL、L0分別為桿件長(zhǎng)度變化量和初始長(zhǎng)度；E、A為桿件彈性模量和截面積；offset為偏置量。對(duì)于LINK160單元，采用雙線性動(dòng)力材料模型，并定義該構(gòu)件的失效應(yīng)變?yōu)?.01，即在分析過程中，如果壓桿的應(yīng)變超過0.01，該桿件自動(dòng)從結(jié)構(gòu)中刪除。

（2）等效力的代替與卸載

為能考慮初始狀態(tài)的影響，且消除靜力荷載的增長(zhǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力影響，文中采用全動(dòng)力等效荷載瞬時(shí)卸載法進(jìn)行分析，即先移除結(jié)構(gòu)中的某一構(gòu)件，用等效力P代替構(gòu)件，然后再卸載該等效力，進(jìn)而探明結(jié)構(gòu)在該構(gòu)件失效全過程的動(dòng)力響應(yīng)。在對(duì)結(jié)構(gòu)用等效力代替移除構(gòu)件、卸載等效力等分析時(shí)，一般等效力的代替時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和卸載時(shí)間分別取殘余結(jié)構(gòu)自振周期的2倍、20倍和1/10倍。文中等效力作用全過程時(shí)間如表2所示。

表2 等效力作用時(shí)間表Table 2 Equivalent force schedule

2 移除桿件后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及桿件重要性分析

2.1 移除桿件后的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及倒塌模式分析

本節(jié)分析移除桿件后結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)力響應(yīng)及倒塌模式，因篇幅所限，僅例舉移除代表性桿件——外脊索后結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移、內(nèi)力和能量響應(yīng)及倒塌模式。

（1）位移響應(yīng)分析。圖2（a）與圖2（b）分別為結(jié)構(gòu)開始卸載等效力時(shí)（t=44 s）和結(jié)構(gòu)在阻尼的情況下達(dá)到終態(tài)時(shí)（t=200 s）的豎向位移，可以發(fā)現(xiàn)：1）用等效力替換桿件并達(dá)到平衡后，經(jīng)比較，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)（t=44 s）結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移與初始完整結(jié)構(gòu)的位移幾乎完全一致。2）移除外脊索后，外壓桿上節(jié)點(diǎn)3自由度大于零，與該節(jié)點(diǎn)相連的桿件均出現(xiàn)較大的位移。先是外壓桿向結(jié)構(gòu)中心倒塌，然后中脊索、中斜索和中壓桿亦向結(jié)構(gòu)中心方向倒塌。外壓桿與中壓桿的下節(jié)點(diǎn)沒有出現(xiàn)較大的位移，而上節(jié)點(diǎn)則出現(xiàn)較大的豎向位移，節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)5分別產(chǎn)生9.93 m和8.58 m的豎向位移。3）相鄰桿件及其他榀桿件的豎向位移變化均不大，表明外脊索破壞僅對(duì)相連構(gòu)件變形產(chǎn)生較大影響，對(duì)其他構(gòu)件影響較小。

（2）能量響應(yīng)分析。圖3為結(jié)構(gòu)在t=200 s分析時(shí)間內(nèi)結(jié)構(gòu)動(dòng)能的變化圖，可以發(fā)現(xiàn)：1）等效力代替失效桿件后，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大的動(dòng)能響應(yīng)，結(jié)構(gòu)處于非平衡狀態(tài)，此后在結(jié)構(gòu)阻尼作用下，結(jié)構(gòu)動(dòng)能逐漸減小，并在44 s前結(jié)構(gòu)中動(dòng)能變?yōu)?，達(dá)到初始完整結(jié)構(gòu)的初始內(nèi)力狀態(tài)。2）T=44 s時(shí)結(jié)構(gòu)開始卸載，此時(shí)結(jié)構(gòu)再次從平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成非平衡狀態(tài)，內(nèi)力開始重分布，進(jìn)而出現(xiàn)了較大的動(dòng)能，此后在結(jié)構(gòu)阻尼作用下，結(jié)構(gòu)動(dòng)能逐漸減小，并在100 s左右，結(jié)構(gòu)再次趨于平衡態(tài)，動(dòng)能變?yōu)?。3）T=50 s時(shí)，由于外壓桿倒塌過程中與之相連的中斜索二次拉動(dòng)內(nèi)環(huán)索，使結(jié)構(gòu)動(dòng)能又開始反彈，進(jìn)而出現(xiàn)了二次的動(dòng)力響應(yīng)。

（3）內(nèi)力響應(yīng)分析。圖4為失效桿件所在榀桿件內(nèi)力時(shí)程變化圖?？梢园l(fā)現(xiàn)：1）結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化趨勢(shì)與動(dòng)能變化趨勢(shì)基本一致。2）與3號(hào)節(jié)點(diǎn)直接相連的中脊索、中斜索和外壓桿的內(nèi)力在外脊索移除后直接變?yōu)?，完全失效；與2號(hào)節(jié)點(diǎn)相連的外環(huán)索與外斜索出現(xiàn)一定的預(yù)應(yīng)力損失。3）相鄰榀索桁架桿件的內(nèi)力水平均有不同程度的提高，其中外脊索的內(nèi)力水平提升最明顯，最多達(dá)30%。

圖2 位移響應(yīng)時(shí)程圖Fig.2 Time-history of displacement

圖3 能量響應(yīng)時(shí)程圖Fig.3 Time-history of energy

圖4 內(nèi)力響應(yīng)時(shí)程圖Fig.4 Time-history of internal force

（4）倒塌模式分析。外脊索移除后，與之相連的3號(hào)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較大的位移，外壓桿向結(jié)構(gòu)中心倒塌，該榀中的中脊索、內(nèi)脊索、中斜索、內(nèi)斜索與外壓桿均處于完全失效狀態(tài)，此時(shí)，左右相鄰兩榀索桁架單元之間的面積即為倒塌面積。結(jié)構(gòu)達(dá)到最終平衡時(shí)，結(jié)構(gòu)的倒塌面積10%，倒塌范圍內(nèi)屬于完全失效；最大位移位于3號(hào)節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生9.93 m的豎向位移；倒塌過程中僅失效構(gòu)件所在榀節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較大的位移，其他節(jié)點(diǎn)均未出現(xiàn)超過跨度1/50的位移。

2.2 基于結(jié)構(gòu)倒塌模式的桿件重要性分析

分析依次移除其余桿件后結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和倒塌模式，結(jié)果如表3所示，可以發(fā)現(xiàn)，移除不同桿件將產(chǎn)生不同的動(dòng)力響應(yīng)和倒塌模式，其中移除內(nèi)環(huán)索和外環(huán)索將產(chǎn)生很大的倒塌面積，同時(shí)產(chǎn)生較大的豎向位移；移除外斜索、中斜索、內(nèi)斜索、外脊索、中脊索、內(nèi)脊索、外撐桿、中撐桿、內(nèi)撐桿及拉力環(huán)下弦等產(chǎn)生較小的倒塌變形；移除拉力環(huán)上弦產(chǎn)生的倒塌變形居中，表明不同桿件對(duì)于結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌具有不同重要性。

表3 移除不同桿件產(chǎn)生的倒塌模式及桿件重要性分析Table 3 Analysis of collapse mode and member importance caused by removing different members

進(jìn)一步結(jié)合美國規(guī)范UFC4-023-03［13］對(duì)于索穹頂結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌標(biāo)準(zhǔn)，探明各類桿件重要性與結(jié)構(gòu)倒塌模式相關(guān)性。（1）當(dāng)索穹頂最大的豎向節(jié)點(diǎn)位移大于跨度的1/50且失效面積達(dá)到結(jié)構(gòu)總平面面積的30%時(shí)，認(rèn)為索穹頂發(fā)生連續(xù)倒塌破壞；（2）當(dāng)索穹頂最大的豎向節(jié)點(diǎn)位移大于跨度的1/50、但失效面積未達(dá)到結(jié)構(gòu)總平面面積的30%時(shí)，認(rèn)為索穹頂發(fā)生局部連續(xù)倒塌破壞；（3）當(dāng)索穹頂最大的豎向節(jié)點(diǎn)位移小于跨度的1/50時(shí)，或當(dāng)索穹頂最大的節(jié)點(diǎn)位移大于跨度的1/50、但失效面積未達(dá)到結(jié)構(gòu)總平面面積的15%時(shí)，認(rèn)為索穹頂未發(fā)生連續(xù)倒塌破壞。

根據(jù)此規(guī)范，將移除桿件后的索穹頂?shù)顾Ｊ椒譃檫B續(xù)倒塌、局部連續(xù)倒塌與未連續(xù)倒塌三種模式，進(jìn)而將相應(yīng)的移除構(gòu)件定義為關(guān)鍵構(gòu)件、重要構(gòu)件與普通構(gòu)件，結(jié)果如表3所示。

3 桿件重要性系數(shù)分析

3.1 分析方法及原理

結(jié)合以結(jié)構(gòu)位移和倒塌范圍為評(píng)價(jià)指標(biāo)的美國規(guī)范，本節(jié)進(jìn)一步通過比較移除桿件前后的結(jié)構(gòu)位移來定義桿件重要性系數(shù)，進(jìn)而探明桿件重要性系數(shù)與桿件性質(zhì)及倒塌模式的關(guān)系。取結(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)在移除某一桿件j前后位移差的平方和為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

式中：n為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；(uj)ix、(uj)iy、(uj)iz和(uj)′ix、(uj)′iy、(uj)′iz分別為結(jié)構(gòu)在移除某一桿件j前后第i節(jié)點(diǎn)沿x、y、z三個(gè)方向的位移分量，定義：

進(jìn)一步定義桿件j重要性系數(shù)：

其中

桿件j重要性系數(shù)γj越大，表明移除某桿件j后結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移相對(duì)量越大，位移響應(yīng)越大，該構(gòu)件越重要。

3.2 結(jié)果分析

通過逐步分析各桿件重要性系數(shù)并進(jìn)行歸一化處理，即

結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯觯海?）各桿件具有的不同的桿件重要性系數(shù)，其中外環(huán)索的桿件重要性系數(shù)最大，內(nèi)環(huán)索其次，這兩類桿件的重要性系數(shù)均超過某一區(qū)間，文中經(jīng)優(yōu)化取臨界點(diǎn)0.18，桿件移除后的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)均很大，屬于關(guān)鍵桿件。（2）拉力環(huán)上弦的重要性系數(shù)亦在某一區(qū)間，文中經(jīng)優(yōu)化后取0.18～0.07，移除此類桿件將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部連續(xù)倒塌，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大，屬于重要桿件。（3）剩余桿件的重要性系數(shù)均在某一區(qū)間以下，文中經(jīng)優(yōu)化后取臨界點(diǎn)0.07，移除此類桿件對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較小，不會(huì)產(chǎn)生連續(xù)倒塌，屬于普通桿件。（4）總的來說，各類桿件的重要性系數(shù)的排順為：環(huán)索＞脊索＞斜索＞撐桿。

進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，不同結(jié)構(gòu)形狀和拓?fù)潢P(guān)系桿件具有不同的重要性系數(shù)區(qū)間和臨界值（文中案例對(duì)應(yīng)取0.07和0.18），具體影響規(guī)律另文詳細(xì)介紹，文中不再展開。

圖5 桿件重要性系數(shù)Fig.5 Coefficient of component importance

4 參數(shù)分析

為探明不同參數(shù)對(duì)桿件重要性系數(shù)和結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌性能的影響規(guī)律，本節(jié)進(jìn)一步分析不同預(yù)應(yīng)力水平、構(gòu)件截面、環(huán)索半徑、撐桿長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)榀數(shù)等參數(shù)作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和倒塌模式。

4.1 預(yù)應(yīng)力水平

保持結(jié)構(gòu)其他參數(shù)不變，預(yù)應(yīng)力水平分別取0.8倍、1.2倍和1.5倍的初始預(yù)應(yīng)力水平，計(jì)算各桿件的重要性系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：（1）不同的預(yù)應(yīng)力水平對(duì)各桿件的重要性系數(shù)影響程度不同，其中對(duì)內(nèi)環(huán)索的影響最大。當(dāng)預(yù)應(yīng)力水平從0.8倍增加到1.5倍初始預(yù)應(yīng)力時(shí)，內(nèi)環(huán)索的重要性系數(shù)從0.24降至0.1，降低了13%，其他桿件重要性系數(shù)的變化幅度均不超過10%。（2）總體上預(yù)應(yīng)力水平的大小對(duì)結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力影響不大。

4.2 構(gòu)件截面

保持結(jié)構(gòu)其他參數(shù)不變，構(gòu)件截面積分別取0.8倍、1.2倍和1.5倍初始截面積，計(jì)算各桿件的重要性系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：（1）不同構(gòu)件截面對(duì)桿件的重要性系數(shù)影響程度不同，其中對(duì)內(nèi)環(huán)索的影響最大，當(dāng)構(gòu)件截面從0.8倍增加到1.5倍初始截面的過程中，其重要性系數(shù)從0.22增至0.24，提升了9%，其他桿件的重要性系數(shù)的變化幅度均未超過3%。（2）總的來說，桿件截面對(duì)結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力影響不大。

4.3 環(huán)索半徑

保持結(jié)構(gòu)其他參數(shù)不變，外環(huán)索半徑分別取0.8倍和1.2倍初始外環(huán)索半徑，并且保持外環(huán)索內(nèi)力不變，計(jì)算各桿件的重要性系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：（1）外環(huán)索半徑的變化對(duì)各類桿件重要性系數(shù)影響程度不同，其中對(duì)拉力環(huán)上弦的影響最大，當(dāng)外環(huán)索半徑由0.8倍增至1.2倍時(shí)，拉力環(huán)上弦重要性系數(shù)由0.13增至0.16，增幅達(dá)23%；而內(nèi)環(huán)索重要性系數(shù)由0.25降低至0.22，降低了12%。其他桿件的重要性系數(shù)的變化幅度不大，均不超過4%。（2）總的來說，外環(huán)索半徑大小對(duì)結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力影響不大。（3）同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)環(huán)索半徑對(duì)結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能影響亦不大。

4.4 撐桿長(zhǎng)度

保持結(jié)構(gòu)其他參數(shù)不變，通過調(diào)整外撐桿下節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)以調(diào)整其長(zhǎng)度分別為0.8倍和1.2倍初始長(zhǎng)度，同時(shí)保持外環(huán)索的初始內(nèi)力不變，計(jì)算各桿件的重要性系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：（1）外撐桿長(zhǎng)度的變化對(duì)各類桿件重要性系數(shù)影響不同，當(dāng)其長(zhǎng)度由0.8倍增至1.2倍時(shí)，外環(huán)索的重要性系數(shù)由0.48增至0.55，增幅達(dá)15%；而拉力環(huán)下弦的重要性系數(shù)明顯降低，由0.058降到0.035，降幅達(dá)40%。（2）總的來說，外撐桿長(zhǎng)度雖然對(duì)部分桿件的重要性系數(shù)影響較大，但對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力影響不大。（3）同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)撐桿長(zhǎng)度對(duì)結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能影響亦不大。

4.5 結(jié)構(gòu)榀數(shù)

保持結(jié)構(gòu)其他參數(shù)和外環(huán)索內(nèi)力不變，分別計(jì)算分析結(jié)構(gòu)取12榀、16榀和20榀（原結(jié)構(gòu)）時(shí)各桿件的重要性系數(shù)及倒塌模式，可以發(fā)現(xiàn)：（1）結(jié)構(gòu)榀數(shù)從20榀減小到12榀過程中，重要性系數(shù)大的桿件的影響較小，而重要性系數(shù)小的桿件影響較大，其中外斜索的重要性系數(shù)由0.010 4增加到0.053，提高了410%；外脊索的重要性系數(shù)由0.023增加到0.046，提高了100%；而桿件重要性系數(shù)較大的前3類桿件的重要性系數(shù)變化幅度在17%～19%，變化不大。（2）不同榀數(shù)的結(jié)構(gòu)在移除某一桿件后的倒塌現(xiàn)象基本相同，但是倒塌面積不盡相同，其中影響最大的是外斜索和外脊索，在20榀時(shí)，移除這兩類桿件引發(fā)的倒塌面積均為10%，將榀數(shù)降低至12榀后，移除這2類桿件引發(fā)的倒塌面積達(dá)到16.6%，此時(shí)外斜索與外脊索屬于重要桿件。（3）結(jié)構(gòu)榀數(shù)對(duì)桿件的重要性系數(shù)及整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力影響相對(duì)較大。

5 結(jié)語

針對(duì)索桿預(yù)張力結(jié)構(gòu)缺乏有效的倒塌發(fā)展機(jī)理及各類桿件在抗連續(xù)倒塌過程中的重要性評(píng)價(jià)現(xiàn)狀，文中結(jié)合某具體工程案例、基于ANSYS/LS-DYNA分析平臺(tái)、采用全動(dòng)力等效荷載瞬時(shí)卸載法動(dòng)力分析方法，研究了該類結(jié)構(gòu)因移除構(gòu)件引發(fā)的連續(xù)倒塌全過程動(dòng)力響應(yīng)及倒塌模式，提出了基于倒塌模式的桿件重要性分類方法，在此基礎(chǔ)上，通過比較構(gòu)件移除前后的結(jié)構(gòu)位移定義了桿件重要性系數(shù)，并進(jìn)一步探明了各類桿件重要性系數(shù)與其桿件重要性性質(zhì)及移除該桿件引發(fā)的相應(yīng)倒塌模式的關(guān)系，最后分析了各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌性能的影響，結(jié)果表明：

（1）移除不同桿件將產(chǎn)生不同的動(dòng)力響應(yīng)和倒塌模式，其中移除內(nèi)環(huán)索和外環(huán)索后動(dòng)力響應(yīng)最大，拉力環(huán)上弦次之，移除其余桿件動(dòng)力響應(yīng)較小，表明不同桿件對(duì)于結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌具有不同重要性。

（2）各桿件具有的不同的桿件重要性系數(shù)，其中外環(huán)索、內(nèi)環(huán)索的桿件重要性系數(shù)均超過0.18，桿件移除后的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)很大，屬于關(guān)鍵桿件；拉力環(huán)上弦件的重要性系數(shù)在0.18～0.07之間，移除此類桿件將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部倒塌，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大，屬于重要桿件；其他幾類桿件的重要性系數(shù)均在0.07以下，移除此類桿件對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較小，不會(huì)產(chǎn)生連續(xù)倒塌，屬于普通桿件。

（3）預(yù)應(yīng)力水平、桿件截面及環(huán)索半徑、壓桿長(zhǎng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力的影響不明顯，但是結(jié)構(gòu)榀數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)各桿件重要性系數(shù)及倒塌模式影響較大。