文档介绍：构件重要系数在桁架体系中的运用
摘要：本文针对桁架结构，提出一种基于结构承载力变化的构件重要系数，用
于对桁架结构构件的重要程度进行评估。该系数在计算过程中可以反映由不同构
件失效所导致的失效场景和构件间的拓扑关系。算例表明该系及其与结构拓扑关系的联系。
3 构件重要系数计算方法
外荷载的分布影响结构的承载力，从而影响构件重要系数。因此，当评估一根构件的重
要程度时，前提需在一个具体荷载的作用下。对桁架施加增量荷载可以得到桁架的最终承载
力以及失效场。为简化分析，做如下三条假定：
1)所有的桁架构件均为脆性构件，对于单个构件，其极限抗拉承载力和极限抗压承载力
相等。当构件的轴力达到其极限抗拉（压）承载力时，该构件失效并被移除；
2)受压构件不考虑受压失稳；
3)构件移除均为概念移除，换言之，对构件失效时的动力效应不予考虑。
据式(1)，构件重要系数计算主要在于计算完好结构和损伤结构的承载力。假定桁架结构
由 n 个构件组成，构件 i 的极限抗压（拉）承载力记为 Nimax，则桁架结构的构件重要系数
计算流程图如图（2）。
3 算例
如图 3 所示，三个算例桁架分别记为 A、B、C，各桁架的荷载工况均相同，设计参数见
表 1，所有构件均为脆性构件，截面均为圆形，弹性模量E=200000Mpa，fy=240Mpa。对于桁架 A，当 F 增加至 kN 时，构件 1 失效。移除构件 1，维持 kN，荷载重
分布使得构件 3、5 失效。结构形成机构并倒塌。构件 1、3 对结构非常重要()，为结构
中的关键构件。构件 1 的失效导致第一层的其他构件失效，并引发了结构的整体倒塌，倒塌
时第二层的构件并未破坏。这种失效模式非所期望的理想模式，故桁架 B 增强了局部抗力[ ]，
桁架 C 加强了冗余度。
对于桁架 B，构件 1、3、4 和 5 截面得到了不同程度加强。当 F 增加至 kN 时，构
件 9 失效，继而引发了构件 7、8 和 10 的接连失效，导致了结构第二层形成机构。分析以第
二层形成机构结束，而第一层保持完好。较之桁架A，桁架 B 的第一层构件重要系数变化不
大，而由于失效场主要集中在第二层，第二层构件的重要系数有所增加。
对于桁架 C，其在桁架 A 基础上增加了两个跨越了第一层和第二层的对角支撑。当F 增
加至 kN 时，构件 1 失效，内力重分布使构件 3、6、5、8 和 9 相继失效，结构最终转
变为机构。较之桁架 A，增加的构件 11、12 为结构提供了备用传力路径，因而减小了第一层
构件的重要系数。此外，由于增加构件