大跨網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)倒塌模式與多維隔減震控制研究.pdf

1、自二十世紀(jì)初空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)誕生以來，因其特有的跨越能力大、結(jié)構(gòu)輕盈優(yōu)美等特點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)展成為大型結(jié)構(gòu)工程中重要的結(jié)構(gòu)形式。然而，此類結(jié)構(gòu)常用于人群密集的公共設(shè)施建設(shè)，如火車站、體育館等，一旦倒塌會帶來巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。由于結(jié)構(gòu)跨度大、桿件數(shù)目繁多，其在遭遇強(qiáng)烈荷載作用時(shí)，將發(fā)生嚴(yán)重的非線性力學(xué)行為，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師掌握此類結(jié)構(gòu)的抗震性能及判定結(jié)構(gòu)在特定的荷載作用下是否失效和倒塌帶來了很大的困難。
　　本文在國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃

2、“多維地震下大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)倒塌模式與隔減震控制研究”等基金的資助下，采用理論推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了考慮下部支承結(jié)構(gòu)與上部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng)的大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動(dòng)力災(zāi)變響應(yīng)、失效機(jī)理和倒塌破壞模式，給出描述結(jié)構(gòu)失效的特征指標(biāo)，研究地震能量在大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格之間的傳遞分配規(guī)律，揭示能量在系統(tǒng)中的傳遞、分布與結(jié)構(gòu)的災(zāi)變響應(yīng)之間的內(nèi)在聯(lián)系。主要研究工作和重要結(jié)論如下:
　　(1)提出了基于能量的大跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

3、彈塑性穩(wěn)定度指標(biāo)
　　基于能量原理和傳統(tǒng)彈性穩(wěn)定度的概念，推導(dǎo)并提出了大跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)彈塑性穩(wěn)定度指標(biāo)，以此作為描述結(jié)構(gòu)失效的特征指標(biāo)。該指標(biāo)可以通過一次非線性動(dòng)力時(shí)程分析直接判定某特定地震荷載作用下結(jié)構(gòu)是否失效，與傳統(tǒng)的通過繪制荷載幅值與結(jié)構(gòu)特征響應(yīng)之間的關(guān)系曲線來判定結(jié)構(gòu)是否失效的增量動(dòng)力分析法相比，計(jì)算量大幅減少。以經(jīng)典的六角星形歌德斯克穹頂網(wǎng)殼為例，驗(yàn)證了所提出的彈塑性穩(wěn)定度指標(biāo)的合理性和正確性，說明該指標(biāo)可以作為增量動(dòng)力法的

4、一種輔助判定方法，判定結(jié)構(gòu)是否失效。
　　(2)基于彈塑性穩(wěn)定度指標(biāo)分析的某大跨雙層平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)失效判定
　　以一雙層平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為研究對象，用基于能量的彈塑性能量穩(wěn)定度指標(biāo)判定該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是否失效，研究多維地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)彈塑性穩(wěn)定度指標(biāo)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)、變形指標(biāo)之間的聯(lián)系規(guī)律，發(fā)現(xiàn)該指標(biāo)與傳統(tǒng)的由結(jié)構(gòu)基于強(qiáng)度和變形判斷結(jié)構(gòu)失穩(wěn)判斷的方法相比，對結(jié)構(gòu)是否失效的判斷更加直觀，基于能量法的彈塑性能量穩(wěn)定度指標(biāo)能揭示大型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)失效

5、的內(nèi)在規(guī)律，且更加安全可靠。
　　(3)地震能量在大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳遞分配規(guī)律研究
　　通過雙非線性動(dòng)力時(shí)程分析，研究地震能量在大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳遞分配規(guī)律，揭示系統(tǒng)中能量傳遞、分布與結(jié)構(gòu)的災(zāi)變響應(yīng)、構(gòu)件內(nèi)力和損傷之間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　(4)研究大跨結(jié)構(gòu)多維隔減震裝置的減震效果
　　基于大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多維隔減震裝置(已獲國家發(fā)明專利，授權(quán)號:ZL200610097219.3)的性能試驗(yàn)與理論研究，建

6、立了安裝多維隔減震裝置的大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型和分析方法，進(jìn)行受控大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在多維地震下的動(dòng)力災(zāi)變分析、損傷過程和失效機(jī)理研究，分析了多維隔減震裝置對大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多維抗震能力的影響，證明了用該裝置對結(jié)構(gòu)失效、倒塌進(jìn)行控制的合理性和可行性。
　　(5)進(jìn)行安裝與未安裝多維隔減震裝置的大跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)地震模擬振動(dòng)臺試驗(yàn)
　　對安裝與未安裝多維隔減震裝置的大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)臺試驗(yàn)，考察多條不同激勵(lì)幅值地震波對大跨空間網(wǎng)格

7、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和災(zāi)變響應(yīng)的影響，驗(yàn)證裝置對大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多維抗震能力的實(shí)際提高程度，驗(yàn)證所提的受控大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型和災(zāi)變響應(yīng)分析方法的合理性。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在:
　　(1)提出了基于能量的彈塑性穩(wěn)定度指標(biāo)，以此作為判定結(jié)構(gòu)失效與否的特征指標(biāo)。
　　(2)研究地震能量在雙層平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳遞分配規(guī)律，揭示能量傳遞、分布與結(jié)構(gòu)的災(zāi)變響應(yīng)、構(gòu)件內(nèi)力和損傷之間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　(3)對安裝與未安