单层球面网壳的多重地震效应研究

为研究网壳结构包含主余震序列的多重地震效应,该文首先筛查中国地震台网中心和太平洋地震工程研究中心数据库中的主震、余震序列数据,获得14次地震中共计342对包含主余震序列的多重地震动时程数据;应用这些多重地震数据对单层球面网壳进行了全荷载域动力时程分析,根据得到的各特征响应随加速度幅值变化曲线,讨论网壳结构的多重地震效应。首先通过对不同加速度幅值下结构响应算例的描述,定义了余震引起的五种不同影响程度。在此基础上进行了大量的参数分析,统计归纳了主震结束时单层球面网壳最大节点位移、塑性发展程度和损伤程度等对结构抵抗余震能力的规律,并将主震结束时的1P杆件比例和损伤因子定义为衡量结构抵抗余震能力的指标,所得出的结论可为实际工程的抗震设计提供参考。     

单层球面网壳的多重地震效应研究EI北大核心CSCD

为研究网壳结构包含主余震序列的多重地震效应,该文首先筛查中国地震台网中心和太平洋地震工程研究中心数据库中的主震、余震序列数据,获得14次地震中共计342对包含主余震序列的多重地震动时程数据;应用这些多重地震数据对单层球面网壳进行了全荷载域动力时程分析,根据得到的各特征响应随加速度幅值变化曲线,讨论网壳结构的多重地震效应。首先通过对不同加速度幅值下结构响应算例的描述,定义了余震引起的五种不同影响程度。在此基础上进行了大量的参数分析,统计归纳了主震结束时单层球面网壳最大节点位移、塑性发展程度和损伤程度等对结构抵抗余震能力的规律,并将主震结束时的1P杆件比例和损伤因子定义为衡量结构抵抗余震能力的指标,所得出的结论可为实际工程的抗震设计提供参考。     

罕遇地震下双层球面网壳的弹塑性动力响应分析

对54个双层球面网壳模型在罕遇地震下的弹塑性响应进行了计算。网壳模型中杆件截面按非地震工况下的满应力设计确定,并满足小震作用下的结构验算。计算时考虑网壳和下部结构的协同工作。杆单元采用能够同时考虑受拉屈服和受压屈曲的等效弹塑性滞回模型。根据计算结果,考察了网壳跨度、矢跨比、支座连接条件、下部结构形式以及地震波选取对结构塑性区域、塑性发展程度以及残余变形的影响。研究表明,罕遇地震下双层球面网壳的薄弱区域不全出现在临支座区域。当网壳受下部结构约束较强或跨度和矢跨比均较大时,发生残余塑性应变的杆件大多出现在网壳中间圈层区域。跨度、矢跨比和支座条件是影响塑性杆件分布和塑性应变大小的三个敏感因素。但所有模型并没有在罕遇地震下出现倒塌。     

小比例柱面网壳振动台试验及动力响应概率模型

针对单层网壳实验费用高、周期长及地震变异性大等问题,开展了一小比例单层柱网壳振动台试验模型试验,并基于该模型试验统计了考虑地震动变异性时单层柱面网壳的动力响应概率模型。参考孔洞胶接节点装配式单层球面网壳模型制作方法制作了一小比例单层柱面网壳模型;在此基础上,分别选用TAFT波、人工地震波和简谐波对该单层柱面网壳模型开展一系列振动台试验研究,包括弹性阶段的动力特性测试和弹塑性状态下的动力倒塌测试;立足于现场实测数据,基于通用有限元分析软件ABAQUS建模、并开展相应数值仿真分析,总结分析单层柱面网壳模型动力特性与破坏特征;基于40组动力实测数据研究地震变异性对单层柱面网壳动力特性的影响,并初步拟合出地震动变异性与该结构动力响应的概率模型。该研究对开展系列单层网壳振动台试验定性研究及空间网壳结构抗震规范的修订提供参考。     

单层网壳结构冲击响应模式及临界冲击动能研究

采用ANSYS/LS-DYNA对60m跨度的K-6型单层球面网壳建立有限元模型,通过大量参数分析得出K-6网壳的4种冲击响应模式及其变化规律,考虑材料屈服强度、弹性模量及杆件截面积对网壳冲击响应模式及其分布规律的影响,提取网壳在冲击作用下发生局部倒塌和整体倒塌时的临界冲击动能,比较材料特性及截面特性对网壳抗冲击性能的影响,拟合了临界冲击动能的计算公式,并与有限元结果进行了对比。结果表明,K6网壳的冲击响应模式随冲击物携带动能的改变呈规律性变化。在杆件的截面特性和材料特性中,杆件的截面积对网壳的抗冲击性能影响较大,提高杆件的截面积可以大幅度提高网壳抵抗冲击荷载的能力。网壳的临界冲击动能可以利用公式进行计算。该结果对于网壳结构的抗冲击设计具有实际意义。     

设置多功能摩擦摆系统的单层球面网壳结构地震响应分析

提出了一种新型多功能摩擦摆支座(MFPB),考察了其在周边支承单层球面网壳结构中减震控制性能。上诉隔震装置由摩擦摆支座、形状记忆合金(SMA)拉索和套筒式限位器组成;为了研究MFPB的隔震耗能机理,建立了此隔震支座的理论模型,进而,对MFPB的滞回行为进行了数值模拟,并分析了其性能特征;将MFPB隔震系统引入单层球面网壳结构中,基于ABAQUS软件建立了受控结构的分析模型;对结构进行了非线性时程分析,利用结构的动力响应指标,评估了受控和无控网壳的抗震性能。研究结果表明,所研发的新型隔震系统可有效降低结构的多维地震响应,且具备抵抗强震灾变的潜力,故有助于提升高位隔震空间网壳结构的总体抗震性能。     

基于损伤的单层球面网壳结构地震剩余承载力评估与优化分析

为准确模拟地震作用下杆件损伤对单层球面网壳结构剩余承载力的影响,该文基于"拟壳法"思想,推导了单层球面网壳结构最薄弱网格区域内杆件损伤与结构剩余承载力的关系式,建立了基于损伤的单层球面网壳结构地震剩余承载力评估模型,并以跨度80m的K8型单层球面网壳结构为例,开展了不同地震作用下单层球面网壳结构地震剩余承载力评估与优化研究。结果表明:建立的评估模型能够快速、准确评估薄弱网格区域处的杆件损伤对单层球面网壳结构地震剩余承载力的影响程度;应用该评估模型对单层球面网壳结构进行地震损伤优化,可明显提高结构的地震剩余承载力。     

协同工作条件下地基土对单层球面网壳结构动力性能的影响

针对大跨空间结构与地基土协同工作问题,基于修正的S-R(Sway-Rocking)模型,建立单层球面网壳屋盖-支承结构-地基土协同工作的整体有限元模型,分析协同工作条件下不同地基土对单层球面网壳结构自振特性及地震响应的影响。研究表明,协同工作条件下单层球面网壳结构的自振周期随着地基土的变软明显增大,屋盖结构竖向振型提前。在地震作用下,单层球面网壳屋盖的杆件轴力和网壳节点最大竖向加速度随着地基土变软而减小;网壳节点的最大水平位移随着地基土的变软而增大,而最大竖向位移呈现减小趋势。     

网壳结构冲击响应分析方法及抗冲击特性研究

在明确网壳结构冲击响应关键问题的基础上,提出了实用有效的网壳结构冲击响应分析方法,包括网壳结构冲击响应的特征指标（荷载作用与特征响应）、冲击响应的分析流程与计算模型三部分。并应用此方法对典型网壳（Kiewitt-8型单层球面网壳）的冲击响应特性进行研究,分析了荷载作用特点、主要节点的速度与位移变化规律、主要杆件的应力变化规律及网壳结构的能量变化特征;结果表明网壳的荷载作用是短时超强的半正弦脉冲;响应特点是在冲击瞬间冲击区局部响应骤增,并逐渐向支座方向传播,从冲击区到支座,结构局部响应依次达到极值,此外,冲击区破坏将导致速度与能量时程曲线突变。上述成果为网壳结构抗冲击研究奠定了基础,也为其他大型结构抗冲击研究提供借鉴。     

凯威特型单层球面网壳在强震下的失效研究

动力强度破坏是网壳结构在遭受地震时的主要失效形式,准确的失效判别需要以基于材料损伤理论的分析为基础。为在动力时程分析中考虑材料损伤累积的因素,编制了基于有限元软件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,实现了网壳结构考虑材料损伤的动力有限元分析。对单层球面网壳在强震下的失效特点进行了系统的参数研究,探讨了考虑材料损伤因素对网壳失效特征的影响;综合网壳失效时刻的多项特征响应,拟合了能够评估网壳动力损伤程度的损伤模型;基于损伤模型表示的网壳极限状态的物理意义,建立了适用于跨度40m的凯威特单层球面网壳强震失效判别准则,可用之判定网壳在强震作用下的失效极限荷载。     

初始几何缺陷模式对单层球面网壳抗震性能的影响

为探索地震作用下单层网壳的最不利初始几何缺陷分布模式,对施加四种初始几何缺陷的单层球面网壳分别开展了抗震性能研究。参照相关文献选取一致缺陷模态一、一致缺陷模态二,特征值缺陷及一阶振型缺陷四种典型的初始几何缺陷分布模式,并介绍了四种初始几何缺陷模式的理论计算公式及施加于理想网壳的方法;通过有限元建模分析,考察了施加四种初始几何缺陷模式后单层网壳的变形及自振频率变化;分别对跨度为100 m和其它不同参数的单层球面网壳施加上述四种初始几何缺陷模式、并分别输入七条选取于唐山地震主震实测三向地震动记录开展动力时程分析,考察四种初始几何缺陷模式对单层网壳动力工作性能及承载能力的影响。结果显示,对于矢跨比为1/3的单层球面网壳,施加一致缺陷模态一后网壳的最大节点位移值较大;其它参数的单层球面网壳,施加了特征值初始几何缺陷模式后网壳的最大节点位移值较大。该研究可对单层网壳开展动力工作性能分析及结构设计考虑地震作用时最不利初始几何缺陷模式的选取提供参考。     

基于损伤演化的杆件断裂模拟方法及其应用

建立了钢材的弹塑性损伤本构模型,将其与有限单元法中分段纤维梁模型结合,实现了杆件不同位置损伤程度评估,根据评估结果实时修正杆件特性,建立了杆件断裂数值模拟方法。将所建立的杆件断裂模拟方法应用于单调递增荷载作用下的梁系结构和地震作用下的单层网壳结构,结果表明,所建立方法可有效地模拟杆件断裂;杆件断裂突然,与其相连的节点位移及杆件应变能突增,可能导致与其相连杆件破坏;强震作用下单层网壳结构可能发生杆件断裂,导致结构局部刚度降低,引起结构倒塌破坏。     

箱包炸弹内爆作用下单层球面网壳结构的动力响应分析

运用ANSYS/LS-DYNA建立跨度40 m凯威特K8单层球面网壳,采用流固耦合算法,考虑箱包炸弹在网壳内部爆炸的最不利类型,获取其动力响应规律。研究结果表明:在不同炸点水平位置下,网壳内部流场分布特征、冲击波传播路径以及冲击波与网壳作用过程存在差异,各特征响应随炸点水平位置的改变变化较大,网壳杆件塑性应变百分率大致在网壳半跨的3/4处达到极值;环杆塑性应变百分率较斜杆以及肋杆高,环杆轴向应力呈现的高频率、高幅值的"环杆效应"特征与环杆所处的位置有关,且主要位于网壳的倒数1~3环区域;由于冲击波的局部增强效应,内爆荷载作用下网壳结构的易损薄弱部位主要有柱脚、支座附近杆件以及网壳环杆3部分。     

基于结构响应极值前四阶矩的桥墩抗震可靠度

为研究桥墩非线性地震响应下的抗震可靠度,引入随机函数-谱表示模型与高阶矩法,提出了基于结构响应极值前四阶矩的桥墩抗震可靠度分析方法。考虑三线型恢复力模型,建立了桥墩的单墩模型;利用随机函数-谱表示模型生成非平稳地震加速度时程样本并对桥墩进行非线性时程分析,在此基础上,建立了结构响应极值前四阶矩(均值,标准差,偏度和峰度)的计算框架;最后,考虑桥墩位移界限,给出了桥墩位移的功能函数,进而利用高阶矩法计算桥墩抗震可靠指标。通过对桥墩结构分析,验证了该方法的高效性与精确性;计算结果表明:与Monte Carlo模拟结果相比,该方法计算的前四阶矩、抗震可靠指标(失效概率)的最大相对误差分别为0.28%,1.92%(4.92%),该方法为桥墩抗震可靠度评估提供了一种有效的途径。     

场地条件校正的地震动快速评估方法研究

地表峰值加速度PGA是工程地震预警、烈度速报及结构抗震设计的重要指标参数。搜集整理日本Kik-net台网的地震记录,以我国抗震规范中采用的场地覆盖层厚度D和等效剪切波速Vse为场地特征参数,以基岩加速度峰值PBA为输入地震动强度指标,基于分类回归树CART算法,建立了以地表PGA阈值分别为40 gal、80 gal及120 gal的场地条件修正的地震动预警方法,并给出了参数指标的取值范围。通过对搜集的数据进行回判检验,3种地震强度下总体预警成功率分别为84.7%、90.1%和93.6%。采用我国川滇地区强震数据验证该方法的可靠性,结果显示总体成功率分别为88.4%、92.3%和93.4%。     

爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究

采用缩比模型爆炸试验与数值仿真相结合的方法,开展了爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究。首先,选取具有代表性的某伪随机140面体网壳结构,开展了缩比模型爆炸试验,获得了表面特征测点的冲击波超压数据;之后,对比分析了试验与仿真结果的误差及原因,以试验数据为基础,建立了爆炸冲击波与某伪随机140面体网壳结构相互作用的数值仿真模型,并对空中爆炸和地面爆炸的3种不同距离共6种工况下,网壳结构的特征表面超压作用过程进行了计算和分析,拓展了试验结果;最后,对伪随机网壳表面冲击波超压分布规律进行了研究,并提出了增强网壳结构安全性的防护措施,为伪随机网壳结构抗冲击安全设计提供了参考。结果表明:与传统对称网壳结构相比,伪随机网壳在超压峰值分布规律和作用机制等方面都更为复杂,受到结构伪随机特性的影响,在相似位置表面,超压峰值也有明显差异;网壳迎爆面底部和中部超压峰值与其他部位相比,一般较高;在网壳外一定距离构筑防爆墙和加固网壳中部及底部节点的方法,可提升伪随机网壳结构的抗冲击安全性。     

提高地铁车站结构抗震能力的理论及数值分析

1995年阪神地震中,地铁车站等地下结构遭受了严重的破坏,其中大开地铁车站破坏尤为严重,一半以上的中柱发生坍塌,为了提高地铁车站结构的抗震能力,本文基于第二类拉格朗日方程首先建立了地震荷载和轴力联合作用下柔性动边界梁动力响应的分析方法,并讨论了轴力和弹簧刚度与阻尼系数对动力响应的影响特点与规律,然后利用ABAQUS软件对阪神地震荷载作用下大开地铁车站在有无设置隔震器时进行了三维非线性动力分析。研究结果表明：)     

MR智能阻尼器对空间网壳结构的风振抑制分析

磁流变液（MR）智能阻尼器是一种新型智能材料减振装置,可用于空间网壳结构的风振抑制。以适当方式和空间网壳结构结合即形成智能材料杆件空间网壳结构。建立了智能材料杆件有限元模型,研究了磁流变阻尼器布置方式和控制策略对空间网壳结构抗风减振的影响。将MR阻尼器设置于网壳结构径向肋杆处优于设在结构环向杆件处。不同控制策略导致不同的风振控制效果。Passive—off控制策略的风振抑制效果较差;Passive-on策略对控制结构的位移响应效果较好,而对控制结构的速度响应和加速度响应效果不佳。半主动控制策略对控制结构的位移响应、速度响应和加谏序响府均掂瑚相．针对不同风荷载作用,采用相同阻尼器布置方案和控制策略,结构风振控制效果大致相同。     

单双层球面扁网壳连续化方法非线性稳定理论临界荷载的确定

连续化方法是研究网壳结构稳定问题的一种重要途径,目前用连续化理论分析球面扁网壳的稳定问题还存在欠缺和不足。运用经典的壳体理论,将单层和双层球面扁网壳等代为实体薄壳并建立非线性稳定理论混合法基本方程,再用李兹法求出球面扁网壳上下临界荷载计算公式。通过参数分析,首次从1000多个算例中得出了正三角形网格单层和双层常用球面扁网壳临界荷载系数的精确解。与国内外现有文献的计算公式相比,结果更为完善和正确。即便在有限元技术日益成熟的今天,用连续化方法计算的网壳结构临界荷载仍然对工程设计有重要指导作用,也是有限元方法分析网壳稳定性的对比和补充。