單層球殼振動臺倒塌試驗研究.pdf

1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)——作為大跨度空間結(jié)構(gòu)中的一個重要分支，是目前大跨度空間結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)類型。本課題通過對單層球殼的振動臺倒塌試驗研究，力求從試驗角度直觀了解單層球殼的動力性能，觀測、模擬、分析其在地震作用下倒塌破壞模式。
　　 本文的主要內(nèi)容和結(jié)論包括:
　　 1.設(shè)計并制作三個不同的球殼模型。模型1整體剛度均勻，期待發(fā)生強度破壞模式;模型2在6個徑向主肋區(qū)人為形成6個薄弱區(qū)，期望發(fā)生動力失穩(wěn)破壞，并桿件始終保持彈性

2、狀態(tài)工作;模型3在模型2基礎(chǔ)上去除6個薄弱區(qū)，希望發(fā)生強度破壞倒塌模式。通過逐級提高輸入地震波PGA，觀測每個工況下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征（節(jié)點位移、節(jié)點加速度），完成單層球殼振動臺倒塌試驗。從試驗結(jié)果來看:模型1整體剛度均勻，結(jié)構(gòu)破壞前塑性開展充分，有明顯征兆，屬于強度破壞模式;模型2人為設(shè)置薄弱區(qū)域，剛度分布有突變，在動荷載作用下發(fā)生動力失穩(wěn)破壞。模型3與模型1剛度分布類似，隨PGA提高，結(jié)構(gòu)變形也明顯增大，結(jié)構(gòu)倒塌前有征兆，也屬于強度破壞

3、倒塌模式。模型2、模型3直至倒塌始終在彈性階段工作。試驗?zāi)Ｐ偷牡顾Ｊ脚c預(yù)期結(jié)果高度吻合。
　　 2.在ANSYS中采用大質(zhì)量法對試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行考慮幾何非線性和材料非線性的多點輸入時程分析，獲得結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng);采用自編程序?qū)ATLAB與ANSYS數(shù)據(jù)對接進(jìn)行有限元塑性分析。最終將理論結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗證了試驗方案和數(shù)值計算模型的合理性。模擬時發(fā)現(xiàn)，大質(zhì)量取為結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的104～108倍時，可保證結(jié)構(gòu)多點輸入地震分析的

4、準(zhǔn)確性;有限元模型建立前需謹(jǐn)慎確定所用模擬單元，整個建模過程須經(jīng)反復(fù)修正，后期算法也需兼顧計算結(jié)果的精確性與效率的高效性。
　　 本文主要創(chuàng)新點:
　　 1.試驗?zāi)Ｐ臀磳υ凸?jié)點和構(gòu)造進(jìn)行簡化，從客觀角度提高了試驗結(jié)果的可信度。模型懸挑底座的設(shè)計，使突破振動臺尺寸的限制，可進(jìn)行大尺寸模型試驗。
　　 2.大質(zhì)量法的應(yīng)用，實現(xiàn)了ANSYS下的多點輸入時程分析，拓展了ANSYS動力分析功能的范圍，使某些問題的解算更簡