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主要作者及研究机构
本文的主要作者包括Wenhao Liu、Bin Zeng、Zhen Zhou和Xiuwei Li。其中，Wenhao Liu和Zhen Zhou来自东南大学教育部混凝土与预应力混凝土结构重点实验室，Bin Zeng来自中冶建筑研究总院。该研究发表于《Journal of Building Engineering》期刊，发表日期为2025年。

学术背景
本研究的主要科学领域为大跨度空间结构的抗连续倒塌性能。随着大跨度空间结构在工程中的广泛应用，其抗连续倒塌能力逐渐成为研究热点。预应力钢索在复杂服役环境中可能发生断裂，从而引发结构的连续倒塌。本文的研究对象为交替索桁架结构（Truss String Structure with Alternate Cables, TSSAC），旨在揭示其在下弦索断裂情况下的失效机制和失效模式，并比较不同交替索布置方案对结构抗连续倒塌性能的影响。研究的目标是为TSSAC的设计和应用提供战略指导和数据支持，并建立提升其抗连续倒塌能力的技术方法。

研究流程
本研究分为以下几个主要步骤：
1. 模型建立与验证
- 使用ANSYS/LS-DYNA软件建立TSSAC的有限元模型，并采用交替路径法（Alternate Path Method, AP）进行连续倒塌分析。
- 通过已有的平面桁架试验数据和TSS试验数据验证模型的准确性。
- 在模型中引入初始几何缺陷，模拟结构的非线性动态响应。

1. 交替索布置方案设计

   • 基于全尺寸普通桁架结构，提出了四种交替索布置方案（Scenario 1-4），并分析了其强化原理。
     
   • 通过节点平衡方程，分析了不同方案在索断裂后的力传递路径。
     

2. 连续倒塌机制分析

   • 对普通桁架结构和四种交替索布置方案在中跨索断裂情况下的失效机制进行详细分析。
     
   • 通过动态响应曲线（如位移时间历程曲线和轴力时间历程曲线）揭示结构的失效过程。
     

3. 参数分析

   • 探讨了应变率参数、索断裂时间、动态增强因子、索预应力、索断裂位置和支座刚度对TSSAC抗连续倒塌性能的影响。
     
   • 分析了不同参数对结构动态响应和抗连续倒塌能力的贡献。
     

主要结果
1. 失效机制与失效模式
- 普通桁架结构在中跨索断裂后，中跨出现较大的垂直弯曲变形，导致结构连续倒塌。
- 四种交替索布置方案的失效模式显著不同：
- Scenario 1：在1/3跨右侧形成塑性铰，中跨支撑发生屈曲。
- Scenario 2：在中跨形成塑性铰，两侧支撑发生屈曲。
- Scenario 3：在1/3跨左侧形成塑性铰。
- Scenario 4：在中跨形成塑性铰。

1. 抗连续倒塌性能

   • 交替索布置显著提高了普通桁架结构的抗连续倒塌能力。在中跨索断裂情况下，Scenario 4的提升效果最显著，抗连续倒塌能力提高了44.4%。
     
   • 当索在支座处断裂时，Scenario 2的抗连续倒塌能力提升了123.6%。
     

2. 参数分析结果

   • 应变率参数、索断裂时间和动态增强因子对抗连续倒塌性能有显著影响。
     
   • 索预应力的影响较小。
     
   • 增加支座刚度可以有效减少中跨变形和最大水平位移，从而提升抗连续倒塌能力，但过大的支座刚度会显著增加水平反力，对大跨度空间结构不利。
     

结论
本研究通过有限元分析和参数分析，揭示了TSSAC在不同索断裂情况下的失效机制和失效模式，并提出了四种交替索布置方案以显著提升其抗连续倒塌能力。研究结果为TSSAC的设计和应用提供了重要的理论依据和数据支持，同时为提升大跨度空间结构的抗连续倒塌能力提供了技术方法。

研究亮点
1. 重要发现
- 交替索布置显著提高了桁架结构的抗连续倒塌能力，尤其是在中跨索断裂和支座索断裂情况下。
- 支座刚度的增加可以有效减少结构变形，但需权衡其对水平反力的影响。

1. 方法创新

   • 采用ANSYS/LS-DYNA软件进行非线性动态分析，结合交替路径法模拟结构的连续倒塌过程。
     
   • 提出了四种交替索布置方案，并通过节点平衡方程分析了其力传递路径。
     

2. 研究对象的特殊性

   • 研究聚焦于交替索桁架结构，填补了该领域在抗连续倒塌机制和失效模式研究方面的空白。
     

其他有价值内容
本研究还探讨了不同参数对结构抗连续倒塌性能的影响，为工程实践中的结构设计提供了重要参考。例如，研究指出在提升抗连续倒塌能力的同时，需考虑支座刚度对结构整体性能的负面影响。

以上是对该研究的全面报告，涵盖了其背景、流程、结果、结论及亮点，为相关领域的研究人员提供了详细的研究信息和参考价值。