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《华南理工大学》 2016年
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凯威特—葵花型单层球面网壳静力稳定性及抗震性能研究

贺盛  
【摘要】:单层网壳作为应用最为广泛的一种空间结构形式,其各项性能一直是大跨度空间结构研究领域的热点之一。凯威特-葵花型单层网壳虽然在实际工程中被大量采用,但针对其各项性能的研究尚未完全展开,从而造成了理论与实践的脱节。为此,本文以凯威特-葵花型单层球壳结构为研究对象,对其静力稳定性及抗震性能进行系统地研究,具体包括以下几方面的研究工作:(1)基于概率论与数理统计原理及7900余例弹塑性荷载-位移全过程分析的结果,对单层网壳结构静力稳定性分析中初始几何缺陷模拟方法展开研究。提出一种计算量较小且具有较高保证率的单层网壳初始几何缺陷分布模式模拟方法——N阶特征缺陷模态法,并以随机缺陷模态法验证该法的合理性。在综合考虑结构的受力状态、初始几何缺陷对结构稳定性能的影响以及实际施工情况等因素的基础上,对初始几何缺陷最大计算值的选取进行探讨,并建议其取结构跨度的1/500较为合适。(2)对凯威特-葵花型单层球壳结构进行了大规模的参数分析,系统地研究该类型网壳的静力稳定性能。基于15000余例弹塑性荷载-位移全过程分析计算结果,总结其屈曲模态,归纳其失稳模式,揭示矢跨比、频数比、杆件截面、荷载分布、支承条件、初始几何缺陷大小及分布模式等参数的改变对该类结构稳定性能的影响规律,并采用线性回归的方法,提出相应的的稳定极限承载力实用计算公式,为工程实践提供参考。(3)对16个圆钢管试件开展空间滞回试验,描述典型破坏过程,归纳典型失效模式,考察承载力、延性、刚度、能量耗散能力等在整个加载中的变化情况,总结加载制度、轴向应力比、长细比、钢材强度等参数的改变对试件空间滞回性能的影响规律。依据试验现象,在Lemaitre损伤本构模型中引入适用于钢构件的损伤演化律,并于热力学框架内提出单层网壳圆钢管构件的损伤本构模型。以试验结果为基础,采用逆优化法及最小二乘法,确定其各个参数。通过数值模拟与试验结果的对比,验证该本构模型的正确性。(4)基于圆钢管损伤本构模型,采用时程分析方法,对凯威特-葵花型单层球壳结构的抗震性能进行研究,揭示其失效模式,考察材料损伤积累、矢跨比、初始几何缺陷大小与分布模式、地震波选取及地震强度调幅比等对结构动力极限荷载的影响,并基于位移和损伤,提出适合适用于单层网壳的强震结构损伤模型。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU399;TU352.11

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