強震作用下單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌機理及抗倒塌措施.pdf

1、單層網(wǎng)殼是空間結(jié)構(gòu)的主要形式之一，一旦遭遇強震發(fā)生破壞甚至倒塌，會造成嚴重的人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響。目前關于單層網(wǎng)殼倒塌機理的研究未考慮材料的Bauschinger效應、桿件失效及桿件斷裂的影響，將高估網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力。因此，建立考慮材料Bauschinger效應的材料本構(gòu)模型以及桿件失效、桿件斷裂的模擬方法，對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌機理及抗倒塌措施進行深入研究，具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　 本文對單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

2、的材料本構(gòu)模型、桿件失效及桿件斷裂模擬方法、單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌機理及抗倒塌措施進行了研究，主要完成了以下四個方面的工作。
　　 (1)考慮材料的Bauschinger效應，推導了適用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)常用桿件圓鋼管的考慮損傷累積的混合強化增量本構(gòu)模型，編寫了適用于空間梁單元的材料本構(gòu)程序，通過理論分析及已有試驗測試數(shù)據(jù)對比，驗證了所編寫程序的正確性；將國際標準化組織建議的適用于圓鋼管的桿件失穩(wěn)判別條件及Marshall提出的桿件失穩(wěn)后力學

3、模型引入所編寫的材料本構(gòu)程序中，開發(fā)了能夠同時考慮材料Bauschinger效應、損傷累積、桿件失穩(wěn)及失穩(wěn)后性能的計算程序，對簡支梁進行拉壓滯回性能分析并與已有試驗結(jié)果進行對比，驗證了所開發(fā)的計算程序的正確性；對單層球面網(wǎng)殼進行極限承載力分析，結(jié)果表明考慮損傷累積對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力影響不大，桿件失穩(wěn)效應將明顯降低網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力。
　　 (2)建立了以損傷累積為桿件失效判別準則，以中心差分法為基礎，通過修正桿件特性模擬桿件失

4、效的模擬方法；通過與基于瞬時剛度法、瞬時加載法和初始條件法的雙桿模型和懸臂梁模型節(jié)點位移進行對比分析驗證了所建立模擬方法的正確性；通過對單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行地震響應分析，驗證了所建立模擬方法在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析中的適用性；以桿件失效模擬方法為基礎，應用分段纖維梁模型對桿件斷裂進行模擬，通過對不同長度桿件斷裂過程模擬結(jié)果的比較分析，確定了纖維梁模型合理的截面纖維劃分數(shù)量和沿桿件長度單元劃分數(shù)量；對單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌過程中桿件斷裂進行模

5、擬，驗證了所建立模擬方法可應用于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌過程中桿件斷裂的模擬。
　　 (3)推導了地震作用下結(jié)構(gòu)的能量平衡關系，并以能量不平衡為結(jié)構(gòu)倒塌判別準則，考慮材料Bauschinger效應、桿件損傷累積、桿件失穩(wěn)及失穩(wěn)后性能、桿件失效及桿件斷裂的影響，對強震作用下四類單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行倒塌機理研究，總結(jié)了四類單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的倒塌機理。
　　 (4)采用傳統(tǒng)設計方法，將單層網(wǎng)殼局部設計為雙層提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗倒塌能力；分析了網(wǎng)殼結(jié)

6、構(gòu)局部采用雙層前后結(jié)構(gòu)自振特性及失穩(wěn)桿桿位置的變化，分析了局部雙層的位置和厚度對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力的影響；結(jié)果表明，局部雙層對結(jié)構(gòu)豎向振動所對應的頻率影響較大，采用局部雙層后結(jié)構(gòu)失效時失穩(wěn)桿件位置分散，結(jié)構(gòu)由整體破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榫植科茐?。采用在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中增設粘滯阻尼器提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗倒塌能力，推導了地震作用下粘滯阻尼器耗能公式，提出了以能量比例系數(shù)和位移比例系數(shù)為評價指標的阻尼器優(yōu)化布置準則；以單層球而網(wǎng)殼和單層柱面網(wǎng)殼為例，驗證了所提出的阻尼