圆柱面巨型网格结构在强震作用下的倒塌性能研究

摘要

圆柱面巨型网格结构作为一种新型的空间大跨结构，具有传力路线明确、形式多样、施工方便等优点，目前对该结构的研究大都集中在结构形体、力学性能、计算方法、优化分析等方面，对结构在动力作用下的研究较少，且对于大跨结构而言，连续倒塌是近年来关注较多的问题，因此有必要研究这种新型结构体系在动力作用下的倒塌性能。本文以有限元理论为基础，利用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析软件对圆柱面巨型网格结构进行模型设计与在强震作用下的倒塌过程仿真分析，研究其倒塌机理和失效模式。明确了节点和子结构对圆柱面巨型网格结构抗倒塌能力是有影响的，并研究了节点刚度、子结构参与协同承载、子结构形式、布置方式等因素对结构抗倒塌能力的影响幅度。主要内容如下：
　　（1）研究了圆柱面巨型网格结构在强震作用下的倒塌破坏模式与破坏机理，根据结构在一系列调幅后地震波作用下的结构响应可知，结构的倒塌属于由几何非线性起主导作用导致的失稳倒塌。根据倒塌过程中杆件的失效顺序可知，对于该结构而言，周边支座处上弦杆与下弦杆、与支座相邻网格上弦杆、纵向桁架与拱向桁架相交网格斜杆和上弦杆等杆件，在倒塌荷载作用下为首先可能发生失效的区域，然后失效向周边及跨中扩展。
　　（2）研究了节点刚度对圆柱面巨型网格结构抗倒塌性能的影响。基于现有的关于空间结构节点刚度的两种假设（刚接和铰接），给出了定量分析。结果表明，节点刚度对结构抗倒塌能力的影响较小，按照铰接节点设计圆柱面巨型网格结构是偏保守且合理的。
　　（3）研究了子结构参与协同承载对圆柱面巨型网格结构抗倒塌性能的影响。结果表明，与主体结构单独承载时相比，子结构参与协同承载时的整体结构抗倒塌能力与子结构的形式有关：子结构为叉筒网壳时，参与协同承载使得整体结构抗倒塌能力提高，子结构为双层网架时，参与协同承载使得整体结构抗倒塌能力降低。
　　（4）分析了子结构参与协同承载时，子结构的布置方式、叉筒网壳子结构矢跨比和杆件规格、双层网架子结构与主体结构之间的连接方式（周边支撑或四角支撑）、双层网架子结构高度以及杆件规格对整体结构抗倒塌能力的影响。分析结果表明，子结构布置得越充实、越均匀，结构的抗倒塌能力越强；叉筒网壳矢跨比越小，抗倒塌能力越强；随着叉筒网壳子结构杆件规格（截面面积）的增大，结构抗倒塌能力先增大、后减小；双层网架子结构四角支撑时结构的抗倒塌能力大于周边支撑；双层网架子结构高度越大、杆件规格越大，结构抗倒塌能力越小。

目录

声明

1. 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2. 连续倒塌分析方法的介绍与结构模型的建立

2.1 概述

2.2 连续倒塌判别准则

2.3 连续倒塌分析方法

2.4 地震波

2.5 本文的分析模型

2.6 本章小结

3. 圆柱面巨型网格结构倒塌破坏机理研究

3.1 概述

3.2 El Centro波作用下倒塌破坏模式及机理研究

3.3 Taft波作用下倒塌破坏模式及机理研究

3.4 节点刚度对圆柱面巨型网格结构抗倒塌性能的影响

3.5 本章小结

4. 子结构对圆柱面巨型网格结构抗倒塌能力的影响

4.1 引言

4.2 子结构模型

4.3 承载方式对圆柱面巨型网格结构抗倒塌能力的影响

4.4 子结构布置方式对圆柱面巨型网格结构抗倒塌能力的影响

4.5 叉筒网壳子结构刚度对圆柱面巨型网格结构抗倒塌能力的影响

4.6 双层网架子结构刚度对圆柱面巨型网格结构抗倒塌能力的影响

4.7 本章小结

5. 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

研究生学习阶段发表的论文、科研及获奖情况