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联方型单层球面网壳基于性能的抗震设计方法研究

鲍林春  
【摘要】: 考虑到网壳结构多应用于跨度大、人员密集的体育馆或音乐厅等建筑,在地震作用下,结构即使不倒塌也有可能产生巨大的经济损失,本文引入基于性能的设计思想进行网壳结构抗震设计,采用“投资-效益准则”确定的全寿命总费用最小作为抗震设计的目标性能。 结构的全寿命总费用包括初始造价、维护费用和失效损失三部分。其中初始造价和维护费用可以根据工程规模和设计文件确定,而结构的失效损失必然与结构在地震作用下的失效机理相联系。因此本文采用非线性时程分析方法分析了不同跨度、不同矢跨比的联方型单层球面网壳在不同峰值地震波作用下的动力响应,了解到联方型单层球面网壳存在动力失稳和动力强度破坏两种动力失效机理,并且得到了结构的破坏程度可以通过结构的最大节点位移来确定的结论。 基于上述研究,本文以结构最大节点位移为指标将结构的破化程度划分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌五个等级。考虑到人为设置划分指标可能引来的误差,在结构的破坏程度评定中引入基于模糊数学的隶属度函数,将结构的破坏程度表达为属于各个破坏等级的隶属度,而不是简单的将结构的破坏程度归为某一个破坏等级。 结构的失效损失包括直接失效损失和间接失效损失。本文建立结构破坏等级与直接失效损失的对应关系,采用隶属度法计算结构的直接失效损失,并通过B系数对间接失效损失进行放大。 本文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,进而提出以全寿命总费用最小为优化目标的满应力调控法。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λ分别取不同数值时按照满应力设计的结构配置方案,再计算这些配置方案的结构全寿命总费用,最后从中选择最小者即为最优方案。 通过分析发现现行设计方法中的重要性系数在形式上等于满应力调控法中调控系数的倒数,因此,本文应用满应力调控法计算了150种不同跨度、不同矢跨比、不同B系数的联方型单层球面网壳的最优调控系数,将其取倒数就得到考虑基于性能思想的结构重要性系数,可供工程设计人员参考。


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