单层球面网壳在简单动荷载作用下的失效研究

本文同时考虑了几何非线性与材料非线性,对单层球面网壳结构在简谐荷载、阶跃荷载作用下进行了动力响应分析。通过对极限荷载、最大节点位移及塑性杆件比例这些重要参数的统计、分析和归纳,剖析了单层球面网壳结构在简单动荷载下的失效机理。同时,通过比较刚度矩阵,进一步研究了结构在动载与静载下的失效差别。     

斜拉型悬索结构形式与受力特性研究

将索桁架和斜拉结构进行组合,构造一种新型索结构体系,即斜拉型悬索结构。张拉背索对结构施加预应力,通过找力和找形得到了结构的初始预应力态,在此基础上进行了结构在满跨和半跨均布荷载作用下的静力、动力特性研究及参数分析,并对该新型索结构体系进行了风振响应计算。研究表明：结构静力荷载 位移关系呈非线性双折线,结构刚度的转折点对应于稳定索边段的退拉松弛;结构的低阶振型表现为桅杆的水平振动叠加屋盖的竖向振动,高阶振型中桅杆水平方向参与很少;增大背索截面面积可有效提高结构刚度和自振频率,稳定索、斜拉索面积对自振频率影响不大;背索预应力值对结构的静力特性影响是线性的,在所有索段具有拉应力时,预应力值对结构动力特性基本无影响,若索出现松弛则结构刚度急剧退化,自振频率陡降;桅杆高度增大,结构刚度下降,桅杆高度对结构的低阶振型和频率影响较大;矢跨比对屋盖竖向对称振动的第2振型有影响,而对反对称的第1振型基本无影响;斜拉型悬索结构的风振系数介于1~2之间。     

单层球面网壳结构的频谱特性分析

网壳结构的频谱特性分析是其整个抗震理论研究中的一个重要组成部分。在本文中研究首先开始于结构的自振特性,分析了单层球面网图书馆壳结构的频率分布及振型特征。然后利用简谐响应分析的方法探讨了结构对频域上不同频率激励荷载的的敏感程度。最后结合地震输入的特点,讨论了网壳结构在地震作用下振型参与振动的特点。     

动荷载试验在简支梁桥检测中的应用分析

以省内某预应力简支梁桥动荷载试验检测为研究对象,测定了预应力简支梁桥的自振频率、荷载挠度、结构阻尼比、动荷载冲击系数等指标。检测结果表明:结构的竖向自振频率试验值和理论值基本一致,结构竖向刚度较高;在动荷载作用下,结构的动力学冲击系数指标变化幅度较低,动荷载试验结果满足相关规范要求。     

竖向不规则结构Pushover分析的侧向荷载分布模式研究

侧向荷载分布模式的选取是Pushover分析中的一个关键问题,尤其当高振型影响显著和结构不规则时其选取直接影响Pushover分析结果.针对竖向不规则多高层结构楼层侧向刚度突变的特点,从楼层质量、侧向刚度、振型参与系数等影响因素出发,提出了一种改进的固定侧向荷载分布模式.对四种竖向不规则形式的结构在不同侧向荷载分布模式下进行Pushover分析,并与时程分析结果进行比较,研究了不同侧向荷载分布模式Pushover分析结果的有效性和适用性.计算结果表明,采用改进的侧向荷载分布模式进行Pushover分析,不但可以找出各种竖向刚度不规则形式的结构薄弱层,而且还具有较高的精度.     

单层折面空间网格结构风荷载特性及等效静风荷载研究

对单层折面空间网格结构的表面风压分布和风振响应特性进行研究,采用荷载 响应相关法(LRC)与惯性力法计算结构的等效静风荷载,并分析了其计算精度,结果表明：在迎风面的体育场屋盖部分,气流在经过迎风面屋盖檐口后发生明显分离,形成漩涡,此处的平均负风压和脉动风压最大;整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。增加肩谷环后,结构横向刚度提高较大,结构的1阶和2阶振型由原来的结构整体水平振动变为罩棚前端内环端部的局部竖向振动;在单层折面空间网格结构的风振响应中,参与结构振动振型较多,需要考虑多阶振型影响,且参与结构振动的主要为低阶振型;在脉动风荷载作用下各振型耦合作用较小;用LRC与惯性力法得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载,计算精度可满足工程要求。     

世纪莲体育中心动力特性及反应谱分析

以佛山市世纪莲体育中心大跨度轮辐式张拉索膜结构为研究对象,采用ANSYS程序建立有限元模型,分析其动力特性,并用振型分解反应谱法计算地震作用下结构的受力性能.研究结果表明:结构自振频率较低,频谱集中,频率跳跃现象不明显;结构以屋盖的竖向振动为主,具有较好的抗侧刚度和抗扭刚度;反应谱分析时,为保证各方向的模态质量参与系数...     

基于振型的工程结构概念设计

结构概念设计从整体上指导结构的外形尺寸和各杆件之间相对刚度的比例,决定了结构在外界荷载作用下的整体效应。任何对结构的作用都会以位移的形式予以表现,通过位移,可建立内力和应力的方程式,反应结构的受力状态,判断结构的承载力。结构频率和振型是结构的固有特性,频率反映了结构整体刚度和质量的相对关系,振型表征了结构在外界荷载作用下最易发生变形的状态及先后顺序,任何作用效应都能以振型为空间坐标基进行展开。通过基于振型的位移展开,并利用振型方向因子为定量化指标,可清楚了解不同方向上的位移效应及所占比重,这样定量化后有利于设计者提高对结构有利的作用效应,降低不利的作用效应,加强不利振型杆件的构造设计。因此,对结构振型分析,可从整体本质上把握结构的力学性能,更好地指导结构概念设计和构造设计。     

水平荷载作用下框架结构动力稳定性研究

讨论了利用时程分析研究框架结构动力稳定性的具体思路和方法，研究了荷载持时对临界荷载的影响，结果表明冲击荷载临界值随荷载持时的增加而减小，但当荷载持时大于1．5倍的结构基本周期时，冲击荷载临界值趋于阶跃荷载临界值。     

变截面框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构考虑竖向荷载作用时的弯扭耦连振动

用沿高度方向分段连续化的方法,对沿高度方向为阶形变截面、在平面内为任意斜向布置的框架-剪力墙-薄壁筒协同工作体系,考虑竖向荷载作用的影响,建立了弯扭耦连的振动方程,用常微分方程求解器COLSYS求解了自振频率及相应的振型.讨论了高层建筑结构竖向荷载对水平振动的影响.     

应用于单层网壳结构动力响应精细化模拟的杆件计算模型

在动力荷载作用下单层网壳结构杆件受力和结构承载力处于动态变化中,因此要得到准确的结构实时动力响应,必须建立能够模拟杆件实时受力性能的杆件计算模型.根据单层网壳结构杆件的受力特点,总结出受压杆件的两种失稳类型.引入国际标准化组织推荐的空间受力圆钢管失稳判别准则,采用3节点塑性铰单元和Marshall模型分别模拟受压杆件失...     

基于响应面法的单层球壳简谐荷载下的破坏形式判别

为了减小单层球面网壳在简谐荷载作用下的破坏形式判别中的计算量,避免反复试算,节约后处理时间,提出了利用响应面法计算结构可靠指标从而判别失效类型的方法:利用响应面法计算单层球面网壳在简谐荷载下基于位移失效模式的可靠指标;建立可靠指标和破坏形式之间的明确对应关系;获得判别单层球面网壳破坏形式的量化指标。研究表明,该方法能够准确地判别出结果,并具有高效率和实用性。     

球面网壳结构在强震下的失效机理

研究了球面网壳结构在地震等动力荷载作用下两种可能的失效机理 :由于几何非线性起主要作用导致的动力失稳和由于塑性变形过度发展导致的强度破坏。提出了统一的基于响应分析的关于网壳结构失效机理的理论框架。对单层球面网壳在简谐荷载和地震荷载作用下的失效机理进行了较系统的分析 ,提出了具体的动力失稳和强度破坏判别准则 ,求得了相应的极限荷载。取得的结果具有良好的规律性 ,验证了所提出的理论框架的合理性和实用性     

基于Betti-Rayleigh动力互易定理求解移动荷载引起的地基土振动

 基于Betti-Rayleigh动力互易定理,论证了地基土Green函数的互易性,推导了移动荷载引起的地基土振动解析解,进而推证出移动常力荷载和移动简谐荷载作用下地基土表面振动在波数–频率域内和空间–时间域内的解析表达式,并采用Matlab对其进行数值计算。通过互易定理的使用将振源的移动问题变换为地面上受振点的移动问题,使移动荷载作用下地基土振动响应的解析表达式大大简化。最后结合某地基土参数对移动的单位常力荷载和单位简谐荷载作用下的地面振动进行算例分析,结果表明：移动常力荷载引起的地面振动属于典型的低频振动;移动简谐荷载作用下地基土表面出现波动的Doppler效应,且地面上受振点的振动频率范围由最上层地基土的Rayleigh波波速控制;地面上的受振点距振源较近时,地基土表面R波对振动的贡献明显高于P波和S波,而当受振点距振源较远时,P波对振动的影响较明显。     

预应力简支梁桥在移动荷载作用下的非线性动力特性分析

考虑预应力梁的剪切变形和几何非线性,建立梁的动力学基本方程式,应用增量谐波平衡法,分析计算梁在预应力作用下的横向振动问题。通过实例计算,得到梁在移动车辆荷载作用下的幅频响应曲线和力与位移的非线性响应关系,并给出了外激励频率不同且初始预加力变化时动挠度的变化规律。计算结果表明,梁非线性位移明显大于线性位移,且荷载与位移呈明显非线性关系,非线性因素的影响不可忽略;施加预应力可以提高梁的动抗弯刚度,减少梁的动挠度值。为预应力混凝土桥梁的设计和动力特性分析提供一定的理论依据。     

强震下单层柱面网壳损伤及失效机理研究

基于结构损伤理论,对单层柱面网壳在强震下的失效机理进行研究。单层柱面网壳在强震下不仅会发生动力失稳,也可能由于过度塑性发展导致动力强度破坏的模式。对于动力强度失效的研究,应当在分析中考虑材料损伤累积以及断裂效应的影响。为在有限元分析中包含这一影响因素,编制了基于通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性。应用其对单层柱面网壳在强震下的响应进行参数研究,并与基于理想弹塑性材料时的响应对比,讨论考虑材料损伤对网壳失效特征的影响。将单层柱面网壳在强震下失效时刻的多项特征响应进行统计分析,拟合了能够表征网壳损伤程度的损伤模型,建立单层柱面网壳在强震下的失效判别准则。针对实际工程抗震设计中采用损伤累积本构模型计算的困难,提出网壳结构失效极限的简化判别方法。     

Elasto-plastic instability of single-layer reticulated shells under dynamic actions

This paper addresses the issue on dynamic collapse mechanism of single-layer reticulated shells subjected to harmonic load, sudden load and seismic load. The method for failure mechanism has reviewed the relationship between the response of the reticulated shell and the peak acceleration of dynamic action. Besides, the steel damage accumulation is considered in the method by compiling a user subroutine based on the computing program ABAQUS. An example is introduced to describe dynamic instability collapse resulting from geometric nonlinearity of the shell and the other example is presented to describe strength failure resulting from excessive development of plastic deformation, for it is discovered that the structure is not only to be prone to instability collapse in dynamic action. According to the responses of the single-layer reticulated shell under dynamic loads, this study discusses the relationship between the failure model and the corresponding dynamic load parameters. Then, the method for distinguishing failure modes is proposed based on the fuzzy synthetic evaluation theory and the structural responses of sufficient samples at the failure state. The technique feasible to be used to distinguish different failure modes of single-layer reticulated shells under different dynamic loads is validated.     

Wind loading and its effects on single-layer reticulated cylindrical shells

In this paper, the wind load distribution as well as its effects on single-layer reticulated cylindrical shells, which are widely used in practice, is investigated. At first, wind pressure distributions on three rigid cylindrical shell models considering different shape ratios are measured simultaneously in a wind tunnel. Some special characteristics of the measured wind pressure, especially its fluctuating component, are discussed. Then, considering the special structural mechanical behaviors, the effects of wind load, especially the fluctuating component, on the limit load-carrying capacity and the stability of the shells are investigated by both equivalent static analysis and dynamic analysis. Suitable methods to get a reasonable estimation of wind load effects in estimating the equivalent static wind load distribution for such shells are investigated. Finally, with comparison analyses using different methods mentioned in this paper, the efficiency of the method in estimating the effective wind load distribution presented by the authors previously for single-layer reticulated spherical shells is demonstrated, and some advices for estimating the wind load distribution on single-layer reticulated cylindrical shells is given for wind-resistant design in practice.     

在地震作用下初始缺陷对网壳结构动力稳定性能的影响

沿用静力稳定分析中的“一致缺陷模态法”,通过单层球壳及单层鞍壳两个算例,分析了网壳结构分别在竖向地震和水平地震作用下,初始缺陷对其动力稳定性能的影响.