单层鞍形网壳强动力荷载作用下的破坏模式

采用ANSYS程序,利用全过程分析方法对两种不同网格形式的单层鞍形网壳结构在强简谐、地震荷载下的动力响应规律进行研究,提取最大节点位移、应变能、进塑性杆件比例等多项响应指标,绘制其随荷载幅值增大的变化曲线,总结单层鞍形网壳的动力失效模式,剖析其失效机理,分析了地震作用下结构响应随矢跨比的变化规律.研究结果表明,两类网格的单层鞍形网壳均具有良好的抗震性能,在强动力荷载作用下发生动力强度破坏,可区分为脆性破坏和延性破坏两种失效模式.地震作用下结构破坏模式均为延性强度破坏.     

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     

支座形式对K8型单层球面网壳非线性动力稳定的影响

本研究以K8型单层球面网壳为研究对象,研究支座形式对K8型单层球面网壳非线性动力稳定的影响。在分析过程中,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,总结出支座形式对K8型单层球面网壳非线性动力稳定的影响情况。     

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.     

冲击荷载作用下四种典型施威德肋型单层球面网壳动力响应研究

为了研究4种典型施威德肋型单层球面网壳在冲击荷载作用下动力响应特征的差别,以4种典型施威德肋型球面网壳为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA进行参数化建模。首先介绍了分析模型及相关参数,选用考虑材料应变率影响的杆件模型,然后选择不同的冲击点对4种类型网壳分别进行竖向冲击荷载作用下的动力响应研究,最后从网壳结构的响应模式、位移、加速度、应变能4个方面进行了分析对比。结果表明:网壳结构的冲击响应模式随冲击物动能的改变而规律性变化;在相同的冲击荷载作用下,结构的动力响应均随着冲击点离支座越远而越强烈;4种网壳中无环杆的交叉斜杆-施威德肋型球面网壳结构在冲击荷载作用下的动力响应最大,因此在网壳选型时应谨慎选用。     

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。     

基于应变能密度的网壳结构抗震性能参数分析

基于结构应变能密度对单层网壳进行地震响应特性分析,提出了反映结构稳定工作状态特性的新型参数 ,即指数应变能密度和值参数。首先,绘制单层网壳在地震作用下的各种响应分布云图及响应曲线图,展示了既 有的参数形式不能完全地表征结构的整体工作性能,特别是结构进入弹塑性工作阶段,这些参数难以体现结构与 外荷载之间稳定和确切的工作特性。其次,尝试将所有单元的指数应变能密度相加,得到能够表征结构整体受力 状态的指数应能密度和值参数。通过考察该参数在结构弹性和弹塑性工作阶段随地震动强度变化的规律,鉴证了 指数应变能密度和值参数能够反映：结构工作状态的稳定性特征、结构从工作状态到失效状态的突变特征、以及 失效状态的不稳定性特征。最后,根据观察所揭示的单层网壳工作特征,并结合最大节点位移参数,建议单层网 壳动力破坏等级划分及分界指标,为深入进行单层网壳抗震分析和设计规范的改进提供参考。     

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.     

强震作用下K6型空腹球面网壳的动力失效分析

为了揭示强震下空腹球面网壳结构的动力失效机理,对一个跨度为100m的K6型空腹球面网壳结构进行了不同地震加速度下的全过程动力时程分析.依据已有的B-R动力失稳判定准则和评定网壳结构动力强度破坏行为的方法,研究该结构在强震作用下结构最大位移、进入塑性杆件比例、最大单元相对应变等特征响应指标的变化规律.分析结果表明:K6型空腹球面网壳在破坏之前已经历了较大的塑性发展过程,结构在塑性发展和位形变化的交互作用下产生破坏,其最终破坏形式趋于动力强度破坏.     

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．     

单点连续冲击荷载下单层球面网壳结构失效模式研究

为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型。通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失效模式:网壳局部凹陷、网壳局部凹陷时杆件剪切破坏、网壳整体塌陷、网壳整体塌陷时杆件剪切破坏、杆件剪切破坏。对五种失效模式进行了全过程研究分析,明确了单层球面网壳结构在单点连续冲击全过程中肋杆、环杆、斜杆的破坏形式和能量传递与转化特点。     

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。     

单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

冲击作用下单层柱面网壳的失效模式

为探讨单层柱面网壳在冲击荷载作用下的破坏过程、动力响应及失效模式,应用ANSYS/LS-DYNA建立20m跨度三向网格型单层柱面网壳模型,并对其进行冲击荷载作用下的全过程仿真模拟.通过对特定算例的分析,展示冲击荷载下网壳的破坏过程及结构的动力响应.根据结构破坏过程及最终形态提出单层柱面网壳在冲击荷载作用下的失效模式,并与单层球面网壳的分析进行对比.     

非对称荷载作用下K6型单层球面网壳结构的动力稳定性

为了研究非对称荷载作用下K6型单层球面网壳结构的动力失稳机理,采用数值模拟和试验方法,依据结构峰值加速度和节点最大位移曲线将失稳过程分为3个阶段:线性阶段、非线性阶段和失稳阶段,定义了两个关键点:临界点和失稳点.研究表明,K6型网壳结构峰值加速度-节点最大位移曲线能够很好地描述结构整体的动力失稳过程,提出用临界点作为判定结构动力失稳的依据更为保守,增大结构刚度能明显提高网壳结构的稳定性;网壳结构危险点的分布位置受荷载的作用形式、荷载的大小以及输入地震波的频谱特性等因素影响,结构在线性阶段危险点点位是相对确定的,而在非线性阶段危险点点位是不确定的.数值模拟分析结果和地震振动台实验结果能够较好地吻合,验证了数值模拟计算的正确性.     

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。     

单层鞍形网壳动力破坏荷载预测

为避免全过程响应曲线法反复试算的缺点,将响应面法引入到网壳结构可靠度计算中,以荷载强度和持时作为基本随机变量,采用位移-能量双参数定义失效准则,通过自编MATLAB程序计算单层鞍形网壳简谐和地震荷载作用下的动力可靠度和验算点,对其动力破坏荷载进行预测。研究表明,响应面法可较准确、高效地预测单层鞍壳动力破坏荷载。采样点和基本随机变量的方差变化时,计算结果的准确性仍可保证,但方差大的预测结果可靠度低,建议取动力破坏指标D值大于0.7时的采样中心。     

三维地震动作用下双层球面网壳的破坏机理研究（英文）

系统地研究了双层凯威特型球面网壳在三维地震动激励下的失效机理及破坏过程。将4种矢跨比的网壳作为分析对象,以其变形能力、屈服杆件数、应变能和应变等作为考察网壳结构动力特性的指标,选取了Taft,Kobe和El Centro这3条地震记录,深入研究了网壳结构在地震动作用下的破坏过程,给出了各矢跨比网壳杆件失效的先后次序,研究了4种网壳结构失效机理的异同之处。计算表明:尽管临界峰值加速度不同,但4个球面网壳的动力响应在一些方面表现出了共性,如网壳均经历了较深的塑性发展与损伤累积,最后均发生了强度破坏;网壳的失效机理与破坏过程却截然不同;进行抗震计算时,应根据网壳的动力特性与地震波的频谱特性合理地选择所需输入的地震波。研究结论可为双层球面网壳的设计提供借鉴与参考。     

双曲网壳地震作用下的双参数破坏准则

考虑网格形式和高跨比的变化,用有限元软件ANSYS对多个单层双曲抛物面网壳算例进行地震时程分析。采用全过程动力响应分析方法研究其失效特点,利用建筑结构基于位移和能量的双参数破坏准则的模式,将结构最大位移与塑性累积耗能进行组合建立了动力强度破坏的双参数准则,以动力破坏指标判定结构的动力破坏程度。与原有网壳结构动力破坏准则相比,应用双参数准则和动力破坏指标可以更有效地评价单层双曲抛物面网壳在地震作用下的动力强度破坏程度。     

冲击荷载作用下受损网壳结构全过程动力响应分析

选用K6型单层受损网壳结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,建模时考虑材料应变率的影响;分别在顶点和损伤点施加冲击荷载,追踪在不同荷载峰值作用下结构的全过程动力响应,绘制节点的荷载-位移曲线,依据B-R准则,得到荷载作用在不同冲击点时网壳动力失稳的临界荷载,并对比相同幅值静力荷载作用下的结构响应.结果表明:冲击荷载作用下的结构响应远大于静力荷载作用下的,且结构破坏形式也不相同;对于受损结构,要避免在受损区域承受冲击荷载,受损部位需要进行及时维修加固.