大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多點地震動輸入下冗余特性研究.pdf

1、近年來，大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，其在強震等突發(fā)事件下的安全問題也日趨突出。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有傳力路徑復(fù)雜、對局部破壞敏感的特點，在非預(yù)期突發(fā)事件作用下倒塌事故時有發(fā)生。當結(jié)構(gòu)局部范圍遭受到破壞時，如果結(jié)構(gòu)不具有足夠的冗余度，很容易發(fā)生整個結(jié)構(gòu)的崩潰。而空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)因其巨大的社會影響力，這類建筑一旦發(fā)生坍塌，危害會非常巨大。國內(nèi)外對于大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)抗倒塌的設(shè)計理論仍不夠成熟，突發(fā)事件下的結(jié)構(gòu)破壞機理也尚未清楚。本文以單層球面

2、網(wǎng)殼為研究對象，探討空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在強震下的冗余特性，以期為該類結(jié)構(gòu)體系的抗倒塌措施設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　結(jié)構(gòu)的響應(yīng)敏感性是用來描述結(jié)構(gòu)行為與設(shè)計參數(shù)之間關(guān)系的函數(shù)，本文基于響應(yīng)敏感性對結(jié)構(gòu)冗余特性進行研究，提出了基于結(jié)構(gòu)應(yīng)變能敏感性的冗余度評價方法。以結(jié)構(gòu)應(yīng)變能對單元材料彈性模量的敏感性作為冗余特性的評價指標，考慮局部損傷對結(jié)構(gòu)整體的影響。與高冗余度構(gòu)件相比，低冗余度構(gòu)件一旦發(fā)生破壞，結(jié)構(gòu)的剩余承載力將急劇下降，可能造成結(jié)構(gòu)的局

3、部破壞，甚至是整體倒塌?；趹?yīng)變能敏感性的冗余度評價方法能較全面地反映構(gòu)件的重要程度，對結(jié)構(gòu)的抗倒塌研究設(shè)計有參考意義。
　　動力下結(jié)構(gòu)有復(fù)雜的力學行為，不能簡單地用擬靜力的方式進行模擬。本文給出了彈性和彈塑性條件下結(jié)構(gòu)敏感性及構(gòu)件冗余度的求解方法，以結(jié)構(gòu)在整個地震過程中應(yīng)變能對構(gòu)件材料彈性模量敏感性的極值作為地震作用下單元冗余度的評價指標，反映了局部構(gòu)件損傷對結(jié)構(gòu)在地震作用下整體力學性能的影響。通過算例表明，彈性和彈塑性下的構(gòu)件

4、冗余度分布有較大差異，且當結(jié)構(gòu)進入塑性時，構(gòu)件冗余度分布較為均勻。
　　隨著空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的跨度越來越大，地震動的空間效應(yīng)越來越顯著，結(jié)構(gòu)不同支座處的地震動輸入不一致，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與一致輸入情況有較大差別。對多點輸入下空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗震性能進行研究有重要的現(xiàn)實意義。本文在Dibaj和Penzien求解多點輸入反應(yīng)理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了多點輸入下結(jié)構(gòu)響應(yīng)敏感性的求解方法，然后以響應(yīng)敏感性為基礎(chǔ)衡量結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多點輸入下的冗余度。通過

5、算例表明，結(jié)構(gòu)在多點輸入下支座部分冗余度更大，而整體冗余度更為均勻。
　　以2個跨度23.4m、矢跨比1/2的K6型單層網(wǎng)殼多點輸入振動臺試驗?zāi)Ｐ蜑闄z驗對象，對比完善結(jié)構(gòu)和人為設(shè)置薄弱區(qū)結(jié)構(gòu)模型的倒塌過程，表明結(jié)構(gòu)的冗余特性能全面反映結(jié)構(gòu)的整體性能，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)和其關(guān)鍵部位所在。
　　本文的研究工作給出了尋找結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的方法，為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗倒塌控制與抗倒塌設(shè)計研究提供了理論依據(jù)，對推進空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有工程意