單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)及風(fēng)致彈塑性動力失效破壞研究.pdf

1、隨著空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的形式復(fù)雜化,跨徑更大化,質(zhì)量輕型化,厚度趨薄化,結(jié)構(gòu)整體剛度趨柔變?nèi)?風(fēng)荷載往往成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制荷載,結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動問題日漸突出,尤其是在風(fēng)荷載作用下的動力失效破壞問題日益受到重視。由于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)特性方面的復(fù)雜性,至今國內(nèi)外對風(fēng)荷載下結(jié)構(gòu)的動力失效研究仍十分有限。本文利用有限元理論,對單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行了分析,并對影響網(wǎng)殼風(fēng)振系數(shù)的因素進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析比較。在考慮幾何非線性、材料非線

2、性以及初始幾何缺陷情況下,對單層柱面及球面網(wǎng)殼在風(fēng)荷載作用下彈塑性動力失效過程進(jìn)行了分析。數(shù)值分析過程中利用B-R準(zhǔn)則確定結(jié)構(gòu)的動力失效臨界風(fēng)速。本文所做的工作主要有以下幾個方面:
　　 (1)利用線彈性有限元法對三向網(wǎng)格單層柱面網(wǎng)殼進(jìn)行了三維風(fēng)振響應(yīng)時程分析,討論了位移和內(nèi)力風(fēng)振系數(shù)的計算公式,計算了位移和內(nèi)力風(fēng)振系數(shù)。統(tǒng)計了不同矢跨比、長寬比、平均風(fēng)速等參數(shù)組合工況下的計算結(jié)果,指出了位移和內(nèi)力風(fēng)振系數(shù)隨上述參數(shù)的變化規(guī)律,

3、回歸了單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在具體條件下具有較高精度的整體位移和內(nèi)力風(fēng)振系數(shù)的計算公式。綜合上述分析,兼顧安全和經(jīng)濟兩方面,建議實際工程應(yīng)用中結(jié)構(gòu)整體位移和內(nèi)力風(fēng)振系數(shù)可分別取為3.7,3.6。
　　 (2)針對單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維風(fēng)荷載作用下的彈塑性動力響應(yīng)分析,全面地考察了節(jié)點位移時程曲線、屈曲模態(tài)、極限承載力等特征響應(yīng),指出了矢跨比、長寬比等參數(shù)對網(wǎng)殼構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性能的影響,分析結(jié)果說明:網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受風(fēng)性能隨著矢跨比的增大而

4、降低;隨著長寬比的增大同樣表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢,說明減小長寬比及降低矢跨比是改善單層柱面網(wǎng)殼抗風(fēng)穩(wěn)定性的有效措施。對比了風(fēng)荷載下靜、動力分析時的極限承載力,表明單層柱面網(wǎng)殼的風(fēng)致動力極限承載力遠(yuǎn)小于其靜風(fēng)情況下的極限值。
　　 (3)針對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維風(fēng)荷載作用下的彈塑性動力晌應(yīng)分析,全面地考察了極限承載力、屈曲模態(tài)、塑性發(fā)展分布等特征響應(yīng),指出了矢跨比、初始幾何缺陷、初始靜力以及支承形式等因素對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的影