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文檔簡介
1、單層網(wǎng)殼是空間結(jié)構(gòu)的主要形式之一,一旦遭遇強(qiáng)震發(fā)生破壞甚至倒塌,會造成嚴(yán)重的人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響。目前關(guān)于單層網(wǎng)殼倒塌機(jī)理的研究未考慮材料的Bauschinger效應(yīng)、桿件失效及桿件斷裂的影響,將高估網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力。因此,建立考慮材料Bauschinger效應(yīng)的材料本構(gòu)模型以及桿件失效、桿件斷裂的模擬方法,對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理及抗倒塌措施進(jìn)行深入研究,具有重要的理論意義和工程實用價值。
本文對單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)
2、的材料本構(gòu)模型、桿件失效及桿件斷裂模擬方法、單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理及抗倒塌措施進(jìn)行了研究,主要完成了以下四個方面的工作。
(1)考慮材料的Bauschinger效應(yīng),推導(dǎo)了適用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)常用桿件圓鋼管的考慮損傷累積的混合強(qiáng)化增量本構(gòu)模型,編寫了適用于空間梁單元的材料本構(gòu)程序,通過理論分析及已有試驗測試數(shù)據(jù)對比,驗證了所編寫程序的正確性;將國際標(biāo)準(zhǔn)化組織建議的適用于圓鋼管的桿件失穩(wěn)判別條件及Marshall提出的桿件失穩(wěn)后力學(xué)
3、模型引入所編寫的材料本構(gòu)程序中,開發(fā)了能夠同時考慮材料Bauschinger效應(yīng)、損傷累積、桿件失穩(wěn)及失穩(wěn)后性能的計算程序,對簡支梁進(jìn)行拉壓滯回性能分析并與已有試驗結(jié)果進(jìn)行對比,驗證了所開發(fā)的計算程序的正確性;對單層球面網(wǎng)殼進(jìn)行極限承載力分析,結(jié)果表明考慮損傷累積對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力影響不大,桿件失穩(wěn)效應(yīng)將明顯降低網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力。
(2)建立了以損傷累積為桿件失效判別準(zhǔn)則,以中心差分法為基礎(chǔ),通過修正桿件特性模擬桿件失
4、效的模擬方法;通過與基于瞬時剛度法、瞬時加載法和初始條件法的雙桿模型和懸臂梁模型節(jié)點位移進(jìn)行對比分析驗證了所建立模擬方法的正確性;通過對單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)分析,驗證了所建立模擬方法在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析中的適用性;以桿件失效模擬方法為基礎(chǔ),應(yīng)用分段纖維梁模型對桿件斷裂進(jìn)行模擬,通過對不同長度桿件斷裂過程模擬結(jié)果的比較分析,確定了纖維梁模型合理的截面纖維劃分?jǐn)?shù)量和沿桿件長度單元劃分?jǐn)?shù)量;對單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌過程中桿件斷裂進(jìn)行模
5、擬,驗證了所建立模擬方法可應(yīng)用于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌過程中桿件斷裂的模擬。
(3)推導(dǎo)了地震作用下結(jié)構(gòu)的能量平衡關(guān)系,并以能量不平衡為結(jié)構(gòu)倒塌判別準(zhǔn)則,考慮材料Bauschinger效應(yīng)、桿件損傷累積、桿件失穩(wěn)及失穩(wěn)后性能、桿件失效及桿件斷裂的影響,對強(qiáng)震作用下四類單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒塌機(jī)理研究,總結(jié)了四類單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的倒塌機(jī)理。
(4)采用傳統(tǒng)設(shè)計方法,將單層網(wǎng)殼局部設(shè)計為雙層提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗倒塌能力;分析了網(wǎng)殼結(jié)
6、構(gòu)局部采用雙層前后結(jié)構(gòu)自振特性及失穩(wěn)桿桿位置的變化,分析了局部雙層的位置和厚度對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力的影響;結(jié)果表明,局部雙層對結(jié)構(gòu)豎向振動所對應(yīng)的頻率影響較大,采用局部雙層后結(jié)構(gòu)失效時失穩(wěn)桿件位置分散,結(jié)構(gòu)由整體破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榫植科茐摹2捎迷诰W(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中增設(shè)粘滯阻尼器提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗倒塌能力,推導(dǎo)了地震作用下粘滯阻尼器耗能公式,提出了以能量比例系數(shù)和位移比例系數(shù)為評價指標(biāo)的阻尼器優(yōu)化布置準(zhǔn)則;以單層球而網(wǎng)殼和單層柱面網(wǎng)殼為例,驗證了所提出的阻尼
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