強震作用下單層網(wǎng)殼構件內力響應規(guī)律及基于CVGM模型的連續(xù)性倒塌分析.pdf

1、大跨空間結構動力災變過程的精細化數(shù)值模擬應基于系統(tǒng)化、精細化的建模理論及數(shù)值實現(xiàn)方法，考慮復雜受力狀態(tài)下材料、構件損傷非線性本構關系，多層次、多尺度實現(xiàn)結構動力破壞機理及倒塌機制研究。而目前針對網(wǎng)殼結構圓鋼管、球節(jié)點構件滯回特性的數(shù)值模擬和試驗研究尚缺乏精確、量化的軸力與彎矩的加載制度;對強震作用下網(wǎng)殼結構的動力響應和倒塌分析，極少考慮材料、構件損傷非線性本構關系。因此，從構件層面，有必要對地震作用下網(wǎng)殼桿件內力響應規(guī)律進行分析;從結構

2、層面，需建立精細化有限元模型并考慮材料、構件或節(jié)點損傷斷裂的影響，實現(xiàn)網(wǎng)殼結構動力破壞模式及倒塌機理的深入研究。
　　本文分別從構件和結構兩個層面，對單層網(wǎng)殼結構的桿件內力響應規(guī)律及基于精細化數(shù)值模擬方法的連續(xù)性倒塌分析技術進行了研究。具體工作如下:
　　(1)考慮到單層網(wǎng)殼結構有正、負高斯曲率之分，分別選取單層球面網(wǎng)殼和單層鞍形網(wǎng)殼為研究對象，對地震作用下桿件的內力響應規(guī)律進行分析，探討了結構幾何參數(shù)等因素的影響，確定了構

3、件的初始軸壓比、軸力幅值變化范圍、軸力與彎矩響應頻率關系。結果表明，地震作用下，網(wǎng)殼結構桿件的軸力幅值、軸力與彎矩響應的頻率關系變化明顯，進行其抗震性能研究時應考慮變軸力影響。
　　(2)對比單層網(wǎng)殼分析中廣泛應用的傳統(tǒng)梁單元模型，建立了細化構件變形、考慮節(jié)點剛度的精細化全殼單元模型，實現(xiàn)了網(wǎng)殼結構幾何模型層面的精細化非線性動力時程分析。以單層鞍殼為例，梁、殼單元模型自振特性及彈性階段響應較為接近，但強震作用下精細化殼單元模型的響

4、應明顯大于傳統(tǒng)梁單元模型，殼單元模型能夠更真實地反映構件及結構的塑性性能。
　　(3)在全殼單元幾何精細化模型中，設置精準的混合強化材料本構關系，引入鋼材的循環(huán)空穴增長(CVGM)微觀斷裂預測理論，結合生死單元技術，利用Fortran語言編譯了VUSDFLD斷裂模擬子程序，對網(wǎng)殼結構建立了基于材料本構層面的精細化數(shù)值分析方法，實現(xiàn)了桿件、節(jié)點斷裂及結構的連續(xù)性倒塌過程模擬。對比前人已經(jīng)試驗驗證的研究成果，證明了本文編譯子程序對鋼材