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《強震作用下單層網(wǎng)殼結構倒塌機理及抗倒塌措施》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、摘要單層網(wǎng)殼是空間結構的主要形式之一,一旦遭遇強震發(fā)生破壞甚至倒塌,會造成嚴重的人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響。目前關于單層網(wǎng)殼倒塌機理的研究未考慮材料的Bauschinger效應、桿件失效及桿件斷裂的影響,將高估網(wǎng)殼結構極限承載力。因此,建立考慮材料Bauschinger效應的材料本構模型以及桿件失效、桿件斷裂的模擬方法,對單層球面網(wǎng)殼結構倒塌機理及抗倒塌措施進行深入研究,具有重要的理論意義和工程實用價值。本文對單層網(wǎng)殼結構的材料本構模型、桿件失效及桿件斷裂模擬方法、單層網(wǎng)殼結構倒塌機理及抗倒塌措施進行了研究,主要完成了以下四個方面的工作。(1)考慮材料的Bauschi
2、nger效應,推導了適用于網(wǎng)殼結構常用桿件圓鋼管的考慮損傷累積的混合強化增量本構模型,編寫了適用于空間梁單元的材料本構程序,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;將國際標準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)后力學模型引入所編寫的材料本構程序中,開發(fā)了能夠同時考慮材料Bauschinger效應、損傷累積、桿件失穩(wěn)及失穩(wěn)后性能的計算程序,對簡支梁進行拉壓滯回性能分析并與已有試驗結果進行對比,驗證了所開發(fā)的計算程序的正確性;對單層球面網(wǎng)殼進行極限承載力分析,結果表明考慮損傷累積對網(wǎng)殼結構極限承載力影響不大,桿件失
3、穩(wěn)效應將明顯降低網(wǎng)殼結構極限承載力。(2)建立了以損傷累積為桿件失效判別準則,以中心差分法為基礎,通過修正桿件特性模擬桿件失效的模擬方法: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)殼結構進行地震響應分析,驗證了所建立模擬方法在單層網(wǎng)殼結構連續(xù)倒塌分析中的適用性:以桿件失效模擬方法為基礎,應用分段纖維梁模型對桿件斷裂進行模擬,通過對不同長度桿件斷裂過程模擬結果的比較分析,確定了纖維梁模型合理的截面纖維劃分數(shù)量和沿桿件長度單元劃分數(shù)量;對單層網(wǎng)殼結構倒塌過程中桿件斷裂進行模擬,驗證了所
4、建立模擬方法可應用于單層網(wǎng)殼結構倒塌過程中桿件斷裂的模擬。(3)推導了地震作用下結構的能量平衡關系,并以能量不平衡為結構倒塌判別準則,考慮材料Bauschinger效應、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,對強震作用下四類單層網(wǎng)殼結構進行倒塌機理研究,總結了四類單層網(wǎng)殼結構的倒塌機理。(4)采用傳統(tǒng)設計方法,將單層網(wǎng)殼局部設計為雙層提高網(wǎng)殼結構抗倒塌能力;分析了網(wǎng)殼結構局部采用雙層前后結構白振特性及失穩(wěn)桿件位置的變化,分析了局部雙層的位置和厚度對網(wǎng)殼結構極限承載力的影響;結果表明,局部雙層對結構豎向振動所對應的頻率影響較大,采用局部雙層后結構失
5、效時失穩(wěn)桿件位置分散,結構由整體破壞轉變?yōu)榫植科茐?。采用在網(wǎng)殼結構中增設粘滯阻尼器提高網(wǎng)殼結構抗倒塌能力,推導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)為評價指標的阻尼器優(yōu)化布置準則;以單層球面網(wǎng)殼和單層柱面網(wǎng)殼為例,驗證了所提出的阻尼器優(yōu)化布置準則的正確性:以單層球面網(wǎng)殼為例,分析了增設粘滯阻尼器對結構節(jié)點位移和極限承載力的影響;結果表明,采用優(yōu)化布置準則僅需布置少量的粘滯阻尼器,便可大幅提高網(wǎng)殼結構極限承載力,提高網(wǎng)殼結構抗倒塌能力。關鍵詞:單層網(wǎng)殼;損傷累積;桿件失穩(wěn);混合強化;纖維梁模型;桿件斷裂;倒塌判別準則;倒塌機理;粘滯阻尼器;優(yōu)化
6、布置準則ABSTRACTSingle.1aVerreticulatedshellisoneofthemainf-onnsofspacestructures·lhecollapseofstructureswillresultinseriousdeathsandeconomicloss.Ifsomefactors,likeBauschingerefrectofmaterials,thememberfa訂ureandf.racture,arelgnoredlnresearchoncoll印semechanismofsingle-layerreticulatedshells,t
7、heultimatebeanngcapacitVwillbeoverestimated.Therefore,itisofsignincanttheorialandpractlcalvaluetostudythec01lapsemechanismandcoll印se。resistancemeasurementsoIsingle.1ayerreticulatedshellsunderstrongeanhquakes,consideringBauschingeref詫ctofmaterials,thememberfailureandthemem