单层球面网壳在强震作用下的损伤模型

为获得单层球面网壳强震损伤模型,采用ABAQUS软件并自主开发了考虑损伤累积影响的材料子程序,对跨度40m单层球面网壳在强震作用下的全过程动力响应进行了参数研究.统计结构的多项宏、微观响应,建立了理想单层球壳在强震作用下的损伤模型;同时,对考虑初始缺陷的单层球面网壳也进行了分析,比较了是否考虑初始缺陷对结构抗震性能及失效机理的影响,在此基础上建立了考虑初始缺陷单层球面网壳的损伤模型,提出了强震下结构的强度破坏判别准则.     

大跨度单层球面网壳的损伤模型及强震失效

为对大跨度单层球面网壳在强震下的失效进行系统的分析,采用考虑材料损伤累积影响的全过程分析方法.考察了大跨度单层球面网壳在强震下失效时刻的多项响应指标随矢跨比、跨度、屋面质量等参数变化的规律,分析了失效极限荷载受这些参数变化的影响,同时讨论了考虑初始几何缺陷对结构失效特征的影响.通过分析发现,单层球面网壳在强震下基本属于动力强度破坏范畴,基于这些强度破坏算例失效时刻的特征响应,分别建立了理想网壳和缺陷网壳的强震损伤模型,可以表征结构在动力荷载下的损伤程度并判定强度破坏极限荷载.     

材料损伤累积在网壳强震失效研究中的应用

为在网壳结构强震分析中考虑材料损伤累积及裂纹效应的影响,编制了通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,通过标准子程序验证表明具有较高的计算精度.应用该程序对网壳结构在地震下的典型算例进行了对比分析,表明子程序具有较好的收敛性能,实现了考虑钢材损伤累积的有限元分析方法.应用该程序,并结合基于响应的动力全过程分析方法,对网壳结构在强震下的响应进行了参数研究,考察了结构失效时刻的特征响应.通过是否考虑材料损伤累积的对比表明,考虑这个因素对失效时刻的塑性发展影响不大,但可能明显降低结构的失效极限荷载,需要在分析中予以重视.     

考虑地震损伤的单层球面网壳结构静力稳定性

为了研究地震损伤对单层网壳结构静力稳定性能的影响,基于考虑材料损伤累积效应的本构模型,对一K8型单层球面网壳结构,首先利用动态增量(incremental dynamic analysis,IDA)方法对单层网壳结构进行动力稳定分析,提出将B-R准则与塑性应变能曲线相结合作为结构动力失稳破坏的判断准则,得到结构动力失稳临界值;然后采用弧长法和Newton-Raphson法相结合的增量迭代法对损伤后的结构进行非线性屈曲分析,得到震后结构的静力稳定临界荷载.结果表明:考虑地震损伤累积效应的结构静力稳定性能显著降低,为该类结构抗震设计、性能评估和震后修复、加固提供参考.     

80 m球径螺栓球节点单层球面网壳地震响应分析

为探究半刚性节点单层球面网壳在地震荷载作用下的动力响应特征,针对沈北新区80 m球径螺栓球节点单层球面网壳,采用有限元软件ANSYS,引入节点试验和数值分析数据来模拟实际工程中螺栓球节点的抗弯性能,建立可考虑节点刚度的精细化数值模型,并进一步考虑局部杆件和节点加强、壳体外表面安装围护材料等不同结构条件的变化,在此基础上,对其开展了自振特性及在不同峰值地震荷载作用下动力响应分析.分析结果表明:本项目已建成的大跨度螺栓球节点单层网壳具有良好的抗震性能,但螺栓球节点单层网壳局部开洞会形成明显的刚度薄弱区,建议洞口周边采用焊接球节点并对周圈杆件加强.若在现有结构外表面安装围护玻璃则导致结构的抗震性能明显降低,罕遇地震下,节点最大位移将比竣工结构增大140.1%,杆件最大应力增大77.8%,节点最大位移时程曲线有发散迹象,表明结构有发生整体倒塌的可能性.     

单层球面网壳结构的动力特性研究

考虑不同矢跨比、荷载、支座刚度和跨度等多种因素对网壳结构的动力特性的影响,本文采用子空间迭代法系统研究了Ｋ８ 型单层球面网壳结构的自振特性,得出了Ｋ８型单层球面网壳结构的自振规律;对网壳结构的动力特性研究以及实际网壳工程的抗震设计有参考价值     

单层球面网壳结构的动力特性研究

考虑不同矢跨比、荷载,支座刚度和跨度等多种因素对网壳结构的动力特性的影响,本文采用子空间迭代法系统研究了Ｋ８型单层球面网壳结构的自振特性,得出了Ｋ８型单层球面壳结构的自振规律;对网壳结构的动力特性研究以及实际网壳工程的抗震设计有参考价值。     

单层球面网壳与支承结构整体在强震作用下的失效特征

为了研究支承结构对单层球面网壳在强震作用下失效特征的影响,建立了更为精细化的数值模型。采用动力荷载域全过程分析方法研究了单层球面网壳与支承结构整体在强震作用下的特征响应,得到了考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下两种不同的失效特征,并建立了网壳结构极限承载力的判别准则,研究了下部支承结构、矢跨比、屋面质量等参数对网壳结构在强震作用下动力响应的影响。结果表明：下部支承对网壳结构在强震作用下的失效特征有显著的影响;随网壳矢跨比和屋面质量减小,结构的极限承载力显著提高,并且塑性程度加深,延性增强。研究结果为建立更精确的网壳结构抗震设计理论提供一些参考。     

考虑几何和材料非线性时网壳结构的地震反应

通过对网壳结构进入非线性后的抗震性能研究,不但对现有结构可能发生的破坏加深认识,而且也为未来结构抗震设计打下基础.以K8型大跨度单层网壳结构为例,考虑结构几何和材料非线性因素,用大型ANSYS有限元软件,对其进行非线性地震时程分析.对比结构线性和非线性情况下的动力响应,并分析了地震动持时和竖向地震荷载对结构强度的影响.由网壳结构屈曲形态显示结构的薄弱区域,为工程结构加固和抗震设计提供参考.     

单层球面网壳与支承结构整体强震失效特征

为了研究支承结构对单层球面网壳在强震作用下失效特征的影响,建立了更为精细化的数值模型.采用动力荷载域全过程分析方法研究了单层球面网壳与支承结构整体在强震作用下的特征响应,得到了考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下两种不同的失效特征,并建立了网壳结构极限承载力的判别准则,研究了下部支承结构、矢跨比、屋面质量等参数对网壳结构在强震作用下动力响应的影响.结果表明:下部支承对网壳结构在强震作用下的失效特征有显著的影响;随网壳矢跨比和屋面质量减小,结构的极限承载力显著提高,并且塑性程度加深,延性增强.     

Damage-induced material softening and its effect on seismic performance of steel structures

A numerical approach for simulating the seismic performance of steel truss structures, considering damage-induced material softening, is developed based on a ductile damage constitutive model by applying the backward Euler explicit algorithm. It is implemented in ABAQUS through a user-defined material subroutine, by which damage evolution could be incorporated into the analysis of seismic performance of steel structures. The case study taken up here is the investigation of a steel connection with a reduced beam section (RBS) and a steel frame with such connections. The material softening effect during the failure process is particularly investigated. The results show that material softening in the vulnerable zone has a significant effect on the distribution of stress and strain fields, as well as on the carrying capacity of the steel connection with RBS. Further, material softening is found to have almost negligible effect on the seismic performance of the steel frame in the early stages of the loading process, but has a large effect when the steel frame is about to fail. These findings offer a practical reference for the assessment of seismic structural failure, and help in understanding the damage mechanism of steel structures under seismic loading.     

摩擦摆支座在K8型单层球面网壳结构中的隔震研究

为获得应用摩擦摆支座(FPB)单层球面网壳结构的抗震性能,将摩擦摆支座精细化有限元模型应用到跨度为80 m的K8型单层球面网壳结构中,对两种支承形式的网壳结构施加相同的地震波.依据结构杆件和节点动力响应对摩擦摆支座的隔震效果进行分析,讨论了在水平和竖向地震动时摩擦摆支座的摩擦系数和曲率半径对单层球面网壳地震响应的影响规律.结果表明:随着地震动强度的增强,摩擦摆支座的最优摩擦系数也随之增加;摩擦摆支座曲率半径越大网壳结构的地震响应越小.在上述研究基础上,对单层球面网壳结构如何选择摩擦摆支座进行了一些讨论.     

三维地震作用下应用FPB单层球面网壳抗震性能

为准确确定三维地震作用下应用摩擦摆支座(FPB)单层球面网壳结构的减震效果,在精细化建模基础上,分析了摩擦摆支座的隔震机理,并对摩擦摆支座单层球面网壳结构从静力和动力两个方面进行分析.静力荷载作用下,从结构内力、变形和稳定性3个方面分析摩擦摆支座对网壳结构静力力学性能的影响;三维地震作用下,应用动力时程分析方法分析了地震动强度以及摩擦摆支座参数对单层球面网壳抗震性能的影响规律.结果表明:静力作用下,加强外环杆件能有效改善摩擦摆支座对网壳结构的不利影响;三维地震作用下,地震动强度越大,摩擦摆支座隔震性能越好;摩擦摆支座的最优摩擦系数随着地震动强度的增大而增加;摩擦摆支座曲率半径越大网壳结构的抗震性能越好.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土框架结构的静力弹塑性分析

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-工字型钢梁框架结构的工作特点和抗震性能及不同材料配置量对结构抗震性能的影响．方法使用OpenSees软件,对一个8层内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱一工字型钢梁的框架结构建立标准模型,进行Pushover分析．结果不同参数对组合柱的承载力、刚度、延性均产生影响,并且由于约束作用的存在改变了夹层混凝土和核心混凝土的本构关系,间接影响了组合柱的抗震性能．将Pushover分析中能力谱法得出的性能点反带入能力谱求出其所对应的目标位移为140mm,满足规范的限值要求．结论设计时应根据需要改变梁柱刚度比的最小值及其性能,达到在合理塑性破坏形式的前提下,使组合柱更多的参与结构抗震,以提高结构的抗震能力．     

大跨空间结构性能水准划分及其易损性分析

为研究大跨空间结构强震作用下性能水准的确定和量化,以凯威特单层球面网壳为例,确定了结构分级性能水准,采用多地震动全过程分析的方法建立了结构基于多项特征响应的损伤模型,应用此损伤模型刻画了结构不同的损伤程度,并给出了分级性能水准的界限值及对应的结构宏微观响应,从而实现了大跨空间结构分级性能水准易损性分析．     

单层柱面网壳2类模型的地震响应比较分析

为了研究单层柱面网壳节点刚度对结构地震响应的影响,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA中的壳单元Shell163和梁单元Beam161分别建立了2类相同尺寸的网壳模型.2类模型的主要区别是:壳单元模型中可以按构件的实际尺寸建立空心球节点,并且壳单元节点模型的承载力值与实体单元节点模型值接近.通过改变结构参数,比较了矢跨比、长宽比和跨度变化时同类模型间的响应变化,以及同一结构参数下2类模型的地震响应差值.结果表明:结构参数变化时,2类模型的响应变化幅度存在明显差异;同一结构参数下,2类模型的响应差值变化较大,在进行此类结构地震响应分析时应考虑球节点的刚度影响.