基于剛度的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件判斷方法.pdf

1、近年來，法國戴高樂機(jī)場頂棚倒塌、德國巴特萊哈爾溜冰館倒塌等事故的接連發(fā)生，突顯了大型空間結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌研究的重要性和緊迫性。
　　本文在總結(jié)國內(nèi)外重要構(gòu)件判斷方法的研究成果基礎(chǔ)上，考慮空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)明顯的非線性特征，提出了一種基于切線剛度的重要構(gòu)件判斷方法。變形后的切線剛度能夠真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變信息和安全性能，考慮應(yīng)力剛化作用(處理一階無窮小位移機(jī)構(gòu))和適應(yīng)于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的幾何非線性，可以滿足精確計(jì)算空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性的要

2、求。
　　構(gòu)件重要性系數(shù)是衡量構(gòu)件重要性的指標(biāo)，反映了某構(gòu)件失效前后結(jié)構(gòu)安全性能的變化程度，整體剛度包含了結(jié)構(gòu)的具體信息，它的奇異程度能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，因此基于整體剛度來判斷構(gòu)件重要性是合理的。在結(jié)構(gòu)響應(yīng)的選取上，剛度矩陣的行列式比結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因子更適合作為結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。本文分別定義了無荷載作用下和荷載作用下的構(gòu)件重要性系數(shù)，通過算例簡要地分析了不同支座條件、構(gòu)件剛度、荷載等級(jí)和荷載分布形式對構(gòu)件重要性的影響及相應(yīng)的變化規(guī)律。分析結(jié)

3、果表明釋放支座約束，桿件的重要性系數(shù)會(huì)增大；增大某桿件剛度，則該構(gòu)件的重要性系數(shù)增大；桿件的重要性系數(shù)隨荷載大小而變化，荷載的方向或分布不僅影響桿件重要性系數(shù)的大小和變化趨勢，還影響桿件的重要性次序。
　　當(dāng)鉸接桿件體系的各桿件線剛度均相等，不考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)力剛化作用或應(yīng)力剛化所貢獻(xiàn)的剛度非常小時(shí)，整體切線剛度矩陣只與本文定義的類平衡矩陣相關(guān)，根據(jù)這個(gè)性質(zhì)，本文從一個(gè)新的視角來判斷構(gòu)件重要性--基于類平衡矩陣的重要構(gòu)件判斷方法，其實(shí)質(zhì)

4、與原方法是相同的，通過相關(guān)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)闡明了簡化原理，并使用簡單算例進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　對于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，本文通過編制Matlab程序來計(jì)算與集成整體切線剛度矩陣；對于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系，考慮到空間梁單元幾何剛度矩陣的復(fù)雜性，先通過APDL語言建模與分析，從ANSYS軟件中導(dǎo)出以Harwell-boeing格式存儲(chǔ)的整體剛度，再利用Matlab相關(guān)程序?qū)⑵溥€原為真實(shí)完整的剛度矩陣。在判斷構(gòu)件重要性之前，可先根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性和荷載的具體分

5、布形式，確定構(gòu)件的判斷區(qū)域，減少工作量。本文研究了4種不同網(wǎng)架形式和3種網(wǎng)殼形式，得到了一些網(wǎng)架和網(wǎng)殼的重要構(gòu)件分布規(guī)律和構(gòu)件重要性的變化規(guī)律?？傮w而言，與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件重要性受荷載的等級(jí)和分布形式的影響比較明顯；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件重要性主要由材料剛度決定，在判斷網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件重要性時(shí)，可以近似地采用無荷載作用下的構(gòu)件重要性系數(shù)。
　　由空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性判斷的結(jié)果可知，雖然荷載因素對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響較小，但采用本文的