強震和沖擊荷載下球面網(wǎng)殼的動力失效分析與試驗研究.pdf

1、近年來由于各種人為因素或地質災害的影響，建筑物嚴重破壞的事故頻繁發(fā)生。重要的大跨度網(wǎng)殼結構，例如地區(qū)標志性建筑，如果遭受特大地震、撞擊等意外危害時發(fā)生破壞，不僅會造成生命財產(chǎn)的重大損失，甚至還會有深遠的政治影響。結構設計的根本任務是保證結構安全，而防止結構倒塌則是保證結構安全的底線。對有大量人群聚集的大跨度建筑結構進行倒塌分析，采取防止動力倒塌的措施，將逐步成為結構設計的一項重要內容。
　　造成建筑物失效破壞的突發(fā)事故既可是自然界

2、中的突發(fā)地震，也可是意外的沖擊。本文以球面網(wǎng)殼為研究對象，具體包括單層網(wǎng)殼、雙層網(wǎng)殼兩種形式，以數(shù)值模擬和試驗研究相結合的方法，分析了強震和沖擊荷載下網(wǎng)殼結構的動力響應、失效模式，模擬了動力倒塌的過程，并揭示了倒塌機理，主要內容如下:
　　(1)以結構倒塌的數(shù)值模擬為基礎，選用顯式動力非線性程序LS-DYNA作為數(shù)值模擬平臺。對數(shù)值模擬的相關技術及其難點進行了分析，自編制前處理子程序，采用了鋼材的彈塑性損傷本構模型。建立了基于ID

3、A方法的球面網(wǎng)殼的動力倒塌的計算流程，提出了基于能量守恒的倒塌判斷準則。
　　(2)通過對單層球面網(wǎng)殼結構的動力分析，定義了強震下網(wǎng)殼結構的失效模式。研究了單層網(wǎng)殼結構在強震下的動力響應和失效特征，重點模擬了結構倒塌的全過程，從凹陷產(chǎn)生、擴展的角度揭示了倒塌機理。對影響網(wǎng)殼結構極限承載力的影響因素，如:矢跨比、屋面荷載、有無下部支承結構進行了分析。對荷載分布不對稱下的網(wǎng)殼結構進行了動力倒塌分析。對空腹雙層網(wǎng)殼進行了動力全過程分析。

4、
　　(3)提出了在網(wǎng)殼中增設開孔的雙鋼管約束屈曲支撐作為減震裝置，對其耗能能力進行了分析。提出了在單層網(wǎng)殼、雙層網(wǎng)殼中，約束屈曲支撐布置的方式，對其減震效果進行了分析。并對無約束屈曲支撐和有約束屈曲支撐的網(wǎng)殼的極限承載力進行了對比分析。結果表明，約束屈曲支撐具有較好的減震效果，并能提高網(wǎng)殼的極限承載力。
　　(4)通過縮尺模型振動臺試驗，對網(wǎng)殼結構在不對稱荷載作用下的動力失效模式進行了驗證。結果表明:荷載不均勻分布會降低強

5、震下網(wǎng)殼結構的極限承載力。在設計過程中，應充分考慮不對稱荷載對網(wǎng)殼動力穩(wěn)定性的影響。
　　(5)研究了如落石等這種質量較大、速度較小的沖擊荷載，對沖擊荷載進行了分析。建立了網(wǎng)殼結構沖擊響應的計算模型，定義了網(wǎng)殼結構在這種荷載作用下的失效模式，分析了各失效模式對應的動力響應特點，對失效機理進行了研究。分析了當網(wǎng)殼同時遭受兩點沖擊、三點沖擊的動力響應，對三點沖擊下的網(wǎng)殼結構的整體倒塌機理進行了研究。結果表明:對于單點沖擊，對應的失效模

6、式為輕度損傷、局部凹陷、局部沖切破壞。當沖擊質量和速度均較小時，沖擊能量較小，沖擊點處的桿件有輕微的損傷;當速度較大時，一般發(fā)生的是局部沖切破壞，當質量較大，速度適中時，才會發(fā)生局部凹陷。網(wǎng)殼結構在最不利兩點沖擊和三點沖擊下的失效機理為;由于局部凹陷形成、擴展、聯(lián)通，導致結構最后動力倒塌。
　　(6)進行了縮尺模型的網(wǎng)殼結構的沖擊試驗，采用不同質量的沖擊物對網(wǎng)殼結構的不同節(jié)點進行了沖擊測試，分析了整體結構的動應力、動位移及加速度，