資源描述：
《拱形立體桁架倒塌破壞機理數值分析與試驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、拱形立體桁架倒塌破壞機理:數值分析與試驗研究CollapseMechanismofSteelArchTruss:NumericalAnalysisandExperimentalStudy國家自然科學基金面上項目（51078259）教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃（NCET10-0613）天津大學自主創(chuàng)新基金項目（2010XG-0013）一級學科：土木工程學科專業(yè)：結構工程研究生：徐穎指導教師：韓慶華教授天津大學建筑工程學院二零一四年六月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特
2、別加以標注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學位論文作者簽名：簽字日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解天津大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定。特授權天津大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤。（保密的學位論文在解密
3、后適用本授權說明）學位論文作者簽名：導師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要近年來，大跨度拱形立體桁架結構被廣泛應用于體育場館、交通樞紐、會展中心等大型公共建筑中。大型公共建筑在施工或者正常使用過程中，如遭遇極端天氣、地震災害或發(fā)生荷載、環(huán)境變化時，可能產生局部或整體結構的倒塌破壞，帶來巨大的人員傷亡和財產損失。因此開展該類結構倒塌破壞機理研究和抗倒塌性能的研究，尋求遏制或防止結構發(fā)生倒塌破壞的技術措施，具有重要的理論和現實意義。目前針對大跨度拱形立體桁架結構體系的研究只限于靜力分析及地震作用下的動力響應分析，而強震作
4、用下該類結構的倒塌破壞機理仍不明確。本文從理論分析、數值模擬和試驗研究三個方面對該類結構的倒塌失效機理進行了研究，區(qū)分了拱形立體桁架結構在動力荷載作用下的兩種失效模式：動力失穩(wěn)破壞和動力強度破壞，同時分析了不同支撐形式對結構失效模式的影響。通過縮尺模型振動臺試驗，分析了模型的自振特性及動力響應變化規(guī)律，得到了強震作用下拱形立體桁架結構的薄弱位置和倒塌破壞極限位移。第1章介紹了空間結構倒塌破壞的研究現狀，歸納了空間結構抗倒塌性能研究方法，總結了空間結構發(fā)生倒塌破壞的主要原因和倒塌破壞模式，剖析了網架結構、單層網殼結構和平面桁架
5、結構體系的倒塌失效機制，最后區(qū)分了基于結構層次和構件層次的空間結構倒塌破壞評定準則。第2章基于顯式積分算法編制了ABAQUS用戶材料子程序，考慮了損傷累積效應和桿件失穩(wěn)后的力學性能，分析了損傷累積效應和壓桿失穩(wěn)對桿件內力和節(jié)點位移等結構動力響應的影響。計算結果表明：考慮損傷累積效應使桿件軸向應力減小、軸向應變增大、相鄰節(jié)點位移增大；考慮壓桿失穩(wěn)使桿件應力減小、應變時程曲線向下偏移，而節(jié)點位移幅值變化不大。第3章對大跨度拱形立體桁架在動力荷載作用下的倒塌破壞過程進行了模擬，結果表明：地震作用結束后，主桁架失效位置主要集中于桁架
6、柱身和1/4跨度處的斜腹桿，而主桁架弦桿和縱向桁架桿件均未失效。分析了損傷累積效應和壓桿失穩(wěn)對結構承載力的影響以及不同支撐形式對結構抗倒塌性能的影響。考慮損傷累積效應時，拱形立體桁架結構破壞加速度降低22.3%~46.7%；考慮壓桿失穩(wěn)時，拱形立體桁架結構破壞加速度保持不變。與其他支撐形式相比，采用雙十字支撐時，結構僅產生平面內變形，可有效提高拱形立體桁架結構抗平面外倒塌性能。區(qū)分了拱形立體桁架結構在動力荷載作用下的兩種失效模式：當荷載幅值的微小增量導致結構特征響應異常增大時，認為結構發(fā)生動力失穩(wěn)破壞；若在結構失穩(wěn)倒塌前，塑
7、性發(fā)展深入，特征響應已達到規(guī)定限值，則認為結構發(fā)生動力強度破壞。第4章介紹了拱形立體桁架結構振動臺試驗，得到了拱形立體桁架結構在強震動下的動力響應規(guī)律和破壞模式。試驗結束后，試驗模型X向和Z向等效剛度下降50%，而Y向等效剛度僅下降12.9%。地震波向模型頂部傳播過程中，地震響應逐漸放大。當人工波加速度幅值達到0.8g時，測點位移幅值迅速增加，結構剛度退化明顯，主桁架斜腹桿大量屈曲。當地震波加速度峰值達到1.0g時，結構產生平面內反對稱變形，剛度下降50%，喪失承載力。第5章將振動臺試驗結果和靜力彈塑性分析方法得到的拱形立體
8、桁架結構塑性鉸分布區(qū)域以及IDA法得到的結構倒塌破壞極限狀態(tài)點進行比較，驗證了本文計算結果的正確性，并確定了強震作用下拱形立體桁架結構的薄弱位置和倒塌破壞極限位移：在豎向地震作用下，結構的薄弱位置主要位于跨中；在橫向地震作用下結構薄弱位置主要位于桁架柱身；考慮壓桿失穩(wěn)時，1/4跨度處長細比
