网架结构失效模式的判别准则及设计改进研究

摘要

本文对网架结构在静力荷载和强震下的破坏模式进行了分析，表明网架结构在出现局部杆件破坏后，往往不能形成有效的备用荷载路径，使破坏模式呈连续倒塌特征，因而网架结构的抗连续倒塌能力较弱。根据分析，提出网架结构在静力以及强震下连续倒塌破坏的判断准则，网架结构静力荷载下的优化设计方法，以及基于网架结构二次防御能力的分析设计方法。
　　 首先，本文回顾了连续倒塌研究的发展过程，介绍了国内外网架结构的连续倒塌事故。通过分析网架结构在静力极限荷载下的耗能机理和破坏模式，提出了静力下网架结构连续倒塌的判别准则，该准则反映了在静力荷载下，网架结构破坏过程中的整体变形、总变形能与破坏模式之间的联系，可以有效分析和判断网架结构的破坏模式，也可对网架结构的廷性进行评价。
　　 第三章和第四章研究了网架结构在强震下的失效机理，建立了网架结构在强震下连续倒塌的判别准则，该准则反映了强震下网架结构破坏发展过程中的整体变形和总变形能和破坏模式的联系，以分析和判断网架结构的破坏模式，并可对网架结构的延性进行评价。结果表明，强震下网架结构的破坏可分为延性破坏和连续倒塌两种模式，延性破坏的网架结构，在破坏前塑性发展深入、承载力发展充分、位移预兆明显；而趋向连续倒塌的网架结构，破坏前塑性变形发展较浅、承载力发展不充分、位移预兆较小，破坏突然；在不同的地震波峰值下，网架结构破坏模式会在延性破坏和连续倒塌问相互转化。
　　 第五章通过在计算模型的本构模型中引入损伤累积效应，对比网架结构分别在考虑损伤累积效应与不考虑的情况下强震时的破坏模式，表明损伤累积效应对于网架结构的破坏有一定影响。第六章通过在网架结构的极限承载力分析中引入基于中部塑性铰的压杆模型，验证了杆件失稳会对网架结构极限承载力和破坏模式有显著影响，并基于对于网架结构的破坏模式的分析，提出了通过修改受压杆件计算长度系数，提高网架极限承载力的满应力优化方法。同时，在备用荷载路径方法的基础上，提出了适用于网架结构的二次防御能力分析方法，该法可有效地简化对于网架结构的抗连续倒塌能力的分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1引言

1.2连续倒塌的研究

1.2.1连续倒塌的定义

1.2.2连续倒塌的研究现状

1.3空间网架结构抗连续倒塌研究

1.3.1研究背景

1.3.2大跨空间结构连续倒塌事故

1.4本文主要的研究工作和内容

2静力下网架连续倒塌的判断准则及设计改进

2.1引言

2.2静力下网架结构连续倒塌的判断准则与防止连续倒塌措施的探讨

2.2.1静力下网架连续倒塌的判断准则

2.2.2算例分析及防止连续倒塌措施的探讨

2.3网架结构的檩条分析

2.4本章小结

3强震下网架结构倒塌模式的研究和分析

3.1引言

3.2强震下网架结构的失效机理及倒塌模式的分析

3.2.1强震下网架结构破坏模式的分析

3.2.2强震下网架结构破坏机理

3.3本章小结

4强震下网架连续倒塌的判断准则

4.1引言

4.2结构耗能机理

4.3能量变化与结构稳定

4.4动力下网架连续倒塌的判断准则

4.4.1判断准则的提出

4.4.2公式中α、β值的确定

4.5本章小结

5损伤累积效应对于网架结构在强震下失效模式的影响

5.1引言

5.2损伤累积效应

5.2.1损伤变量的定义

5.2.2钢材损伤累积的本构模型及力学性能

5.2.3钢材损伤累积的本构模型在连续倒塌分析中的运用

5.3考虑损伤累积效应的网架结构倒塌模式分析

5.4本章小结

6静力荷载下网架结构的优化设计方法

6.1引言

6.2两种计算模型对比分析

6.3基于极限承载力的满应力优化设计方法

6.3.1基于极限承载力的优化设计方法

6.3.2算例分析

6.3.3多种跨度网架结构的优化设计

6.3.4抗连续倒塌性能分析

6.4网架结构的二次防御能力分析与设计方法

6.4.1研究相关背景

6.4.2防止连续性倒塌控制与设计的基本概念

6.4.3网架的二次防御能力分析方法

6.4本章小结

7.结论和展望

7.1本文主要结论

7.2今后的研究工作

参考文献：

作者简历