【摘要】：目前網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力失效準(zhǔn)則多以工程經(jīng)驗(yàn)為主,判斷不同類型網(wǎng)殼的動(dòng)力失效荷載需要用不同的失效荷載計(jì)算公式,且對于弦支穹頂結(jié)構(gòu)或多層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等沒有與之對應(yīng)的動(dòng)力失效準(zhǔn)則;此外,目前研究中,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬缺少實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,即需要精細(xì)化模型的動(dòng)力實(shí)驗(yàn)分析。這是兩個(gè)重要且亟待解決的問題,直接關(guān)系到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。然而,對這兩個(gè)問題研究進(jìn)展緩慢,原因之一是傳統(tǒng)的機(jī)理性分析方法應(yīng)對這兩個(gè)問題存在瓶頸,應(yīng)考慮經(jīng)驗(yàn)性與機(jī)理性分析方法的聯(lián)合應(yīng)用,探索未知的規(guī)律性,進(jìn)而尋求解決這兩個(gè)問題的方法。因此,本文在結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)等新概念導(dǎo)引下,開展了基于能量的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析方法研究,并對有限元計(jì)算程序和本文所揭示的結(jié)構(gòu)反應(yīng)的特征點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了考察網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的響應(yīng)特征、驗(yàn)證本文編制的有限元程序的正確性及本文提出失效準(zhǔn)則的有效性,設(shè)計(jì)并制作了兩個(gè)跨度為0.5m、矢跨比為1/3的膠結(jié)裝配式K6型網(wǎng)殼模型,進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中對表征網(wǎng)殼模型動(dòng)力特性的主要參數(shù),通過敲擊試驗(yàn)分析,得到了結(jié)構(gòu)阻尼比和前五階自振頻率;在網(wǎng)殼模型地震響應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程中,對網(wǎng)殼模型輸入頻率9.6Hz不同幅值的簡諧荷載,測得桿件應(yīng)變和典型節(jié)點(diǎn)位移值。進(jìn)而,該模型的動(dòng)力響應(yīng)與相應(yīng)有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了對比,驗(yàn)證了有限元程序的可靠性。為展示網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的失效情況及現(xiàn)有分析方法的優(yōu)缺點(diǎn),本文在有限元程序得到K6網(wǎng)殼模型振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之后,建立了三類典型構(gòu)造的大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(單層球面網(wǎng)殼、單層柱面網(wǎng)殼和弦支穹頂結(jié)構(gòu))有限元模型,對上述網(wǎng)殼模型進(jìn)行不同動(dòng)力荷載作用下的全荷載域動(dòng)力時(shí)程分析。分析內(nèi)容包括:(1)TAFT地震波作用下各類網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展深度和結(jié)構(gòu)變形、是否為動(dòng)力強(qiáng)度破壞還是失穩(wěn)破壞;同樣,考察了簡諧荷載作用下各類網(wǎng)殼的失效由動(dòng)力失穩(wěn)引起,還是動(dòng)力強(qiáng)度破壞導(dǎo)致。(2)對于動(dòng)力強(qiáng)度破壞,是否能從最大節(jié)點(diǎn)位移與加速度峰值間的關(guān)系曲線上找到判斷結(jié)構(gòu)失效的方法。(3)能否有簡便的方法分析網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng),因?yàn)楝F(xiàn)有的網(wǎng)殼全荷載域動(dòng)力時(shí)程分析方法計(jì)算過程復(fù)雜、后處理非常耗時(shí)。為合理地選擇判斷結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則的參數(shù),本文從機(jī)理性分析方法計(jì)算的應(yīng)變能密度出發(fā),采用經(jīng)驗(yàn)性分析方法對計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,探索結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征。首先,對單集中質(zhì)量體系和超靜定結(jié)構(gòu)體系分別輸入TAFT波和簡諧波,應(yīng)用有限元程序進(jìn)行全荷載域動(dòng)力時(shí)程分析、提取變形能和動(dòng)能,計(jì)算總輸入能量及阻尼耗能并繪制五種能量關(guān)系曲線。然后,通過這些關(guān)系曲線,觀察各種形式地震動(dòng)荷載下,結(jié)構(gòu)失效時(shí)該結(jié)構(gòu)體系的總應(yīng)變能的變化趨勢性和敏感性;在此基礎(chǔ)上,提出了基于應(yīng)變能密度的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、工作狀態(tài)和失效狀態(tài)的概念和描述,考察了以節(jié)點(diǎn)位移、單元應(yīng)力、單元指數(shù)應(yīng)變能密度所描述的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)模式,隨加速度峰值變化的情況,確認(rèn)與結(jié)構(gòu)整體受力狀態(tài)相對應(yīng)的特征參數(shù),以及結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和失效狀態(tài)的區(qū)別。最后,以跨度為40米,矢跨比為1/7的K8型網(wǎng)殼(D40207)為例,輸入水平向頻率為5Hz簡諧荷載和TAFT波,進(jìn)行了不同類型單元間的受力狀態(tài)分析,考察了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部單元間應(yīng)變能的調(diào)節(jié)性,以及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體工作狀態(tài)。此外,還考察了水平向簡諧荷載和三向TAFT波作用下單層網(wǎng)殼的薄弱位置。以上研究結(jié)果,初步顯現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的特征,為更清晰地展示這種特征,本文進(jìn)行了結(jié)構(gòu)指數(shù)應(yīng)變能密度(ESED)推導(dǎo),考察了結(jié)構(gòu)指數(shù)應(yīng)變能密度和值Id與地面運(yùn)動(dòng)加速度峰值A(chǔ)的關(guān)系曲線,揭示了普遍存在的、可以區(qū)分結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和失效狀態(tài)的特征界點(diǎn)。進(jìn)而,基于這樣的特征點(diǎn),建立了結(jié)構(gòu)失效判斷準(zhǔn)則,并通過不同地震荷載作用下、不同構(gòu)造網(wǎng)殼的失效算例驗(yàn)證了新準(zhǔn)則的有效性。其次,將實(shí)驗(yàn)過程中所采集的動(dòng)應(yīng)變處理成指數(shù)應(yīng)變能密度并繪制Id-A曲線,以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)失效時(shí)該曲線上存在的特征點(diǎn),進(jìn)一步驗(yàn)證基于指數(shù)應(yīng)變能密度的結(jié)構(gòu)失效判斷準(zhǔn)則的正確性。最后,對新的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則進(jìn)行討論,如失效與失穩(wěn)和倒塌的區(qū)別、結(jié)構(gòu)幾何非線性對失效的影響、構(gòu)造與承載力的關(guān)系及失效準(zhǔn)則的統(tǒng)一性等,并與現(xiàn)有的失效準(zhǔn)則進(jìn)行了對比分析。為了提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失效模式與失效荷載的分析效率,本文嘗試建立預(yù)測單層網(wǎng)殼失效模式和失效荷載的線性細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(LCA)方法。首先,提出了“節(jié)點(diǎn)域”、“節(jié)點(diǎn)狀態(tài)值”、“基礎(chǔ)網(wǎng)殼”和“目標(biāo)網(wǎng)殼”等概念。之后,闡述LCA模型的時(shí)間和空間特性。在建立LCA方法的過程中,嘗試了新的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)/細(xì)胞元狀態(tài)值計(jì)算方法—數(shù)字型數(shù)值算法。在尋找相似節(jié)點(diǎn)域過程中,提出了適用于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的匹配準(zhǔn)則。最后,以數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證了LCA方法的有效性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU399;TU311.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 肖映雄;陳鵬;舒適;;兩類網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型的預(yù)處理方法[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

2 甘露萍;黃洪鐘;袁容;朱順鵬;楊圓鑒;;基于總應(yīng)變能密度的輪盤低周疲勞壽命模型及可靠性研究[J];中國科技論文;2012年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 董石麟;趙陽;;三十年來中國現(xiàn)代大跨空間結(jié)構(gòu)的體系發(fā)展與創(chuàng)新[A];第十四屆空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉英亮;基于能量的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力極限狀態(tài)研究[D];北京交通大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：2461757