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《浙江大学》 2007年
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基于性能的空间网壳结构设计理论研究

杜文风  
【摘要】: 随着空间网壳结构向着跨度更大、体系更复杂、设备更昂贵、影响更深远的方向发展,结构在地震、台风等灾害作用下产生的经济损失日益巨大,这一新特征已引起许多学者的广泛关注和深刻反思。 本文针对上述问题,从基于性能的设计思想出发,综合空间网壳结构的具体特点,动力失效理论和基于概率的荷载及组合理论,建立了基于性能的空间网壳结构设计理论研究框架,并进行了深入研究。 空间网壳结构动力失效理论和基于概率的荷载及组合理论是实现性能化设计的基础。本文在现有成果的基础上,对网壳结构动力失效理论作了进一步研究。阐述了网壳结构动力失稳和动力强度破坏这两种可能的失效机理;针对动力失稳,提出了一种新的判定准则-应力变化率准则;针对动力强度破坏,提出了能量与变形的双控准则,并给出了动力破坏指数这一新的指标。对不同跨度、不同矢跨比的单层Keiwitt型网壳结构的动力失效全过程、失效机理和失效特征进行了数值计算和深入分析,通过理论研究和前人试验结果,将单层Keiwitt型网壳结构的动力破坏程度划分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、倒塌五个状态,并建立了相应的分界指标。 本文在前述研究成果的基础上,对空间网壳结构的寿命周期总费用评估和基于投资-效益准则的优化设计方法进行了深入的研究。通过分析网壳结构的组成、材料单价,建立了网壳结构初始造价的计算模型。针对现有网壳结构维护费用的调研,建立了计算维护费用的数学模型。在深入研究网壳结构动力失效理论的基础上,结合工程价值、社会价值等多角度的分析,建立了失效费用的计算方法。在此基础上应用APDL语言编制了基于ANSYS的网壳结构寿命周期总费用的计算流程和应用程序。 本文分析了空间网壳结构基于投资-效益准则的非线性、多变量、少约束、离散变量的优化设计特征,并且证明了在用钢量相同的情况下,按满应力原则配置的空间杆系结构的刚度最大,进而提出了综合考虑结构初始造价、维护费用及失效后果的全局优化设计的满应力调控法。该方法通过引入调控系数λ来调控满应力设计时的控制应力,并获得分别取不同的调控系数时按照满应力设计的结构配置方案,再计算这些结构配置方案的寿命周期总费用,最后从中选择最小者即为最优方案。应用上述寿命周期总费用的应用程序和满应力调控法便可计算获得以寿命周期总费用最小为优化目标的空间网壳结构,以及相应的最优目标可靠指标、目标控制位移、最优矢跨比等参量。 本文应用上述理论研究成果对单层Keiwitt型网壳结构进行了全面分析,并同现行规范设计方法进行了比较,提出了基于性能的结构重要性系数的概念,并在大量数值分析的基础上给出了基于性能的单层Keiwitt型网壳结构重要性系数的参考数值。在现行设计方法中使用基于性能的重要性系数,可实现性能化设计与现行规范方法的有效结合。 本文将基于性能的设计思想引入到空间结构领域,并进行了探索性的研究,得到了一些有益结果和结论。这些研究成果可供实际工程、现行规范和进一步研究参考,同时为网壳结构全面实现性能化设计提供了有价值的依据。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU399

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 付智强;弦支穹顶结构动力灾变研究[D];浙江大学;2008年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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7 金恩平;空间网格结构健康监测与安全性评价方法研究[D];兰州理工大学;2011年
8 赵冉;张拉索膜结构的膜褶皱与索系失效研究[D];华南理工大学;2011年
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10 管民生;基于性能的钢筋混凝土框架结构抗震性能评价方法与应用研究[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶成杰;空间双向张弦梁结构简谐激振数值分析与试验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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4 刘传佳;张弦柱面网壳的理论分析与研究[D];浙江大学;2011年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前5条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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3 邢栋;一种单层折面网壳结构的理论分析和试验研究[D];浙江大学;2011年
4 姚云龙;具有内外环桁架的新型张弦网壳结构理论分析与试验研究[D];浙江大学;2014年
5 田伟;刚性单层网壳结构找形与稳定研究[D];浙江大学;2011年
6 王卓;网壳结构参数识别技术和损伤检测方法研究[D];北京工业大学;2009年
7 杜文风;基于性能的空间网壳结构设计理论研究[D];浙江大学;2007年
8 殷占忠;带有约束屈曲支撑杆件的空间网壳结构抗震性能分析与试验研究[D];兰州理工大学;2008年
9 邱林波;空间网格结构火灾下的力学性能研究[D];北京工业大学;2010年
10 周华樟;旋切板胶合木的蠕变及其对结构稳定性的影响[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林山;三向球面空腹网壳结构稳定性及地震响应研究[D];西安建筑科技大学;2010年
2 王莉英;肋环型球面空腹网壳结构的动力特性及地震响应研究[D];西安建筑科技大学;2010年
3 张云飞;拉索预应力肋环形球面巨型网壳的稳定性研究[D];湖南大学;2010年
4 张滢;超高层圆形筒壳结构体系的建模与分析[D];河南理工大学;2011年
5 王微;椭球面网壳的隔震研究[D];北京工业大学;2010年
6 蒋运林;网壳结构分析的QR法[D];广西大学;2003年
7 刘福林;网壳结构的重频模态和损伤识别方法研究[D];北京工业大学;2011年
8 陈燕;双曲抛物面网壳结构连索加固前后稳定性分析[D];中国石油大学;2011年
9 孙旭光;网壳结构滑移法施工全过程分析及监测[D];浙江大学;2005年
10 苗丽丽;太原机场大跨复杂钢结构的设计与施工技术研究[D];太原理工大学;2010年
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