单层柱面网壳风致动力失效特征及简化分析

为简化网壳结构在风荷载下的弹塑性动力失效分析过程,提出了基于动力失效的等效静力风荷载的简化计算方法,使网壳结构的抗风设计同时满足强度和稳定性的要求.通过对单层柱面网壳结构进行风荷载下的静力、动力失效全过程分析,给出了综合Budiansky-Roth准则和Hsu S C准则的动力失效判别方法,以准确、有效地确定网壳结构的动力失效临界荷载系数.结合概念分析和定量计算,指出了风荷载下网壳结构的动力失效模式包括弹性动力失稳破坏、弹塑性动力失稳破坏和塑性动力强度破坏.对比网壳结构的静力、动力失效临界荷载系数,确定了基于动力失效的等效静力风荷载系数,可为网壳结构抗风设计提供参考.     

地震作用下单层网壳结构动力稳定性分析的能量准则

从结构能量变化的角度研究单层网壳结构的动力稳定性,通过考察单层网壳结构在地震作用下的能量响应特征,发现当网壳结构所消耗的能量超过外界地震动输入的总能量时,结构将发生动力失稳,得出表征结构动力稳定性的能量函数表达式,据此提出了一种基于能量的网壳结构动力稳定性定量判定新准则。通过考察该能量函数极小值随地震加速度峰值变化的全过程曲线,可以得到地震作用下网壳结构的临界荷载。通过实例分析验证了该准则的合理性,实现了地震作用下单层网壳结构动力稳定性的定量分析。     

联方型单层球面网壳的地震响应

以40 m跨度的联方型单层球面网壳为分析对象,并以位移准则作为动力稳定性判别方法,分析了该网壳受地震作用下的动力响应,得到了联方型网壳结构达到失稳临界峰值后,继续施加荷载,网壳结构位移不会突增,不会因达到失稳临界值而突然倒塌的结论。     

冲击荷载下凯威特型球面网壳的失效模式及其判别方法

应用ANSYS/LS-DYNA建立60m跨度凯威特型球面网壳(扇形三向网格单层球面网壳)与圆柱形冲击物的数值模型并展开分析。依据网壳的动力响应,提出顶点竖向冲击荷载下网壳结构的四种失效模式,但动力响应及失效模式与冲击初始条件间缺乏规律性。对冲击的特点及网壳动力特性的分析则发现:以顶点响应速度(一次冲击结束时刻网壳顶点的速度)为自变量时,网壳最终动力响应呈现很好的规律性,并且可以依据顶点响应速度对网壳的失效模式进行判别。最后鉴于网壳受冲击荷载的数值模型建立困难且计算繁琐,提出获取顶点响应速度的理论计算方法,且理论结果可以替代数值结果进行失效模式的判别。达到了由冲击初始条件经简化的理论计算判别网壳失效模式的目标。其中理论方法的核心是网壳冲击区范围的确定与冲击区折算质量的推导。     

单层柱面网壳在强震下的破坏机理研究

柱面网壳的结构形式、受力特性与其他网壳结构不同,造成其在强震下破坏机理的特殊性。采用基于结构响应的全过程分析方法,利用软件Abaqus,综合宏观、微观响应指标,对单层柱面网壳进行大规模的参数分析,探求其在强震下的破坏机理。通过典型算例的分析比较,确定了单层柱面网壳的破坏模式及其特征,总结了临界荷载的确定方法。在大量计算数据统计的基础上,提出了单层柱面网壳实用的动力破坏判别准则。单层柱面网壳在强震下可能出现的动力失稳破坏突然,破坏时塑性发展浅,结构刚度几乎没有削弱,结构位移小。单层柱面网壳在强震下强度破坏也可能出现,情况与前不同,其中强度破坏包括强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ,强度破坏Ⅱ有明显失稳现象而强度破坏Ⅰ没有。动力实用判别准则以最大节点位移和8p比例为参考指标,用来确定强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ极限荷载。对考虑损伤的柱壳破坏机理进行了初步探讨,损伤对不同的结构影响不同,给出了工程设计中损伤降低系数的建议值。     

单层柱面铝合金网壳结构强震失效机理及地震易损性

通过有限元分析软件ABAQUS建立了单层柱面铝合金网壳结构的有限元分析模型,利用增量动力分析方法（IDA）对网壳结构进行强震作用下动力响应全过程分析,获得了单层柱面铝合金网壳结构强震失效模式。基于模糊数学理论提出单层柱面铝合金网壳结构强震失效判别方法,结合结构损伤理论拟合网壳结构强震损伤因子,通过大规模参数分析定义适用于铝合金网壳结构的损伤程度分级,对铝合金网壳结构不同损伤状态进行划分。通过随机抽样选取一定数量的结构-地震样本,对铝合金网壳结构开展地震易损性分析,通过回归分析建立地震易损性函数,获得单层柱面铝合金网壳结构的概率地震易损性曲线。结果表明：通过结构地震易损性分析可以看出铝合金网壳结构具有良好的抗震性能,在强震作用下保持基本完好或仅有轻微破坏的概率较大。     

点支承两向叉筒单层网壳结构非线性动力稳定分析

稳定性能是单层网壳结构设计的主要控制因素,动力稳定是单层网壳稳定性能的重要组成部分.本文利用非线性有限元理论对点支承两向叉筒单层网壳在地震荷载作用下的动力稳定性进行了分析.在数值分析过程中,利用比例法调整地震作用的峰值加速度,采用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载.通过分析对点支承两向叉筒单层网壳的动力稳定特性有了较全面的了解.     

单层球面网壳火灾爆炸动力响应

以K8型单层球面网壳为研究对象,考虑几何非线性和温度对材料性能的影响,完整模拟了单层球面网壳在发生火灾的不同阶段受到爆炸冲击作用时的动力性状。据B-R准则,通过爆炸峰值超压与结构动力特征响应之间的关系,可判定K8型单层球面网壳在不同火灾阶段,爆炸冲击作用下的动力稳定性临界峰值超压。分析了单层球面网壳的矢跨比、屋面荷载、约束布置等参数对其在不同火灾阶段的爆炸冲击动力稳定性的影响。研究表明:火灾对网壳结构在爆炸冲击作用下的动力稳定性有较大影响,当网壳杆件最高温度达500℃以上时,结构的抗爆能力明显降低。矢跨比、屋面质量、约束布置对网壳在火灾不同阶段的抗爆能力均有不同程度的影响。     

基于能量原理的单层网壳结构抗冲击性能简化分析方法研究

首先,阐述了单层网壳结构在冲击荷载下的能量传递、转换和消耗的过程,并基于能量守恒推导了首次冲击中网壳吸收的能量以及结构动位移简化计算方法。然后,介绍了数值分析方法的算法基础以及求解冲击问题的通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA。最后,研究了网壳结构在不同冲击物质量比与速度作用下的动力响应,总结了动力响应与结构能量之间的关系,并与简化计算方法进行对比。结果表明:所推导的网壳能量吸收与结构动位移计算方法是合理的;冲击过程中网壳吸收的能量以及结构响应与冲击物和网壳之间的质量比密切相关;不同的动力响应模式可以利用结构吸收的能量进行区域划分;在不同的冲击能量作用下,冲击力是半正弦或者三角形脉冲;计算所得的杆件应力-应变曲线与材料的本构关系是相符的。     

点支承两向叉简单层网壳结构非线性动力稳定分析

稳定性能是单层网壳结构设计的主要控制因素，动力稳定是单层网壳稳定性能的重要组成部分．本文利用非线性有限元理论对点支承两向叉简单层网壳在地震荷载作用下的动力稳定性进行了分析．在数值分析过程中，利用比例法调整地震作用的峰值加速度，采用B—R准则判定结构的动力稳定临界荷载．通过分析对点支承两向叉筒单层网壳的动力稳定特性有了较全面的了解．     

曲杆单元铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析

基于曲杆单元应力 弦长关系和矩阵微分理论,推导出曲杆单元在弹性与弹塑性状态下的切线刚度矩阵精确公式。研究构件取理想弹塑性材料,结构支座取固定铰支座和可动铰支座2种约束情况,考虑构件具有初弯曲,采用曲杆单元切线刚度矩阵和广义位移控制法,取结构自重为参考荷载,对节点铰接的K8大跨单层网壳结构进行弹塑性后屈曲分析。结果表明:曲杆单元切线刚度矩阵公式精确性很高,可有效用于大型铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析。     

竖向阶跃荷载下初始缺陷及初始静位移对单层球壳动力稳定性的影响

根据大量算例的计算结果 ,分析了在竖向阶跃荷载作用下 ,跨度为 40～ 70m、矢跨比为 1 / 8～ 1 / 5的单层球面网壳的初始缺陷和初始静位移对其动力稳定性的影响。研究表明 ,考虑初始静位移与否将对结构的动力失稳临界荷载产生影响 ,而初始静位移的大小对网壳结构的动力失稳临界荷载影响甚小。另外 ,初始缺陷对网壳动力失稳临界荷载的影响与其静力稳定有很大差别。     

大矢跨比局部双层球面网壳的形式及稳定性分析

首先比较了球面基本三角形网格的划分形式，最优网格划分法得到的网格三类型数量最少，最经济，提出了构造球面网壳局部双层形式的方法和五种具有工程应用价值的形式，采用几何非线性有限元理论，对几种网壳形式进行了深入的稳定分析，参数分析并与单层网壳的稳定特征进行了比较，本研究结果对实际工程有重要应用价值。     

Effect of substructures upon failure behavior of steel reticulated domes subjected to the severe earthquake

This paper presents the study on the influence of substructures on the failure behavior of steel reticulated domes subjected to the severe earthquake. The full-range dynamic response analysis method is applied to investigate the failure characteristics of single-layer steel reticulated domes with substructures subjected to the severe earthquake. The natural vibration properties are studied. Two typical failure modes of steel reticulated domes with substructures are illustrated according to the stiffness of substructures. Failure criterion is proposed to estimate the ultimate load strength for single-layer steel reticulated domes. It is observed that the substructure has great influence on the failure characteristics and the ultimate load strength of steel reticulated domes subjected to the severe earthquake. It is necessary to take substructure into consideration in analysis and design stage.     

大地震作用下,下部结构对钢穹顶破坏性能的影响

给出大地震作用下下部结构对钢穹顶破坏性能影响的研究。全方位的动力响应分析法用于研究大地震下带下部结构的钢穹顶的破坏特性和自振特性。带下部结构的钢穹顶的2种典型破坏模式,被证明符合下部结构的刚度要求。建议将失效准则用于评估单层钢穹顶的极限强度。通过分析可知,在大地震作用下,下部结构对钢穹顶的失效特征和极限强度有很大的影响。所以在研究和设计阶段必须考虑下部结构。     

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

地震作用下弦支穹顶结构动力稳定性参数分析

弦支穹顶结构是一种新型结构体系,它综合了单层网壳结构和索穹顶结构各自的优点.为全面认识弦支穹顶结构在地震作用下的动力稳定性问题,本文以具有实际工程意义的50m跨度凯威特型弦支穹顶结构作为研究对象,系统分析了多种因素对弦支穹顶结构动力稳定性临界荷载的影响,其中包括:不同支座条件、不同矢跨比和不同杆件截面、不同拉索布置层数、不同拉索预应力值以及不同地震输入.本文成果为弦支穹顶结构的工程应用提供有价值的参考.     

Failure mechanism of single-layer steel reticular domes with reinforced concrete substructure subjected to severe earthquakes

This paper performs the research on failure mechanism of single-layer steel reticulated domes with the reinforced concrete substructure subjected to sever earthquakes. Based on ABAQUS, this paper built user-defined material subroutines of the steel and the reinforced concrete, which took material non-linearity and the material damage accumulation into consideration. The failure mechanism of reticulated domes with reinforced concrete substructures under severe earthquakes is studied by the nonlinear dynamic response analysis. Three different failure modes of single-layer reticular domes with different sizes of reinforced concrete substructure are illustrated. Failure criterion is put forward to discriminate the failure modes and to estimate the critical load strength for single-layer reticular domes based on the structural damage theory. It has been found that reinforced concrete substructure has significant impact on the failure behaviors and the critical load of reticulated domes under seismic loads. It is essential to consider the influence of the reinforced concrete substructure upon the failure behaviors in the structural analysis and design process of reticular domes.     

初始缺陷对网壳结构动力稳定性能的影响

本文袭用静力稳定分析中的“一致缺陷模态法”,并将李雅普诺夫运动稳定理论引入结构分析,通过两个典型算例,检查了单层网壳结构在简谐荷载、阶跃荷载及三角形脉冲荷载作用下,初始缺陷对其动力稳定性能的影响.