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强震作用下单层球面网壳的动力性能

雷拓  
【摘要】:目前,对于网壳结构在静力作用下的研究已取得了一系列的科研成果。然而,对这类结构在地震等动力作用下的研究还很不充分。最近几年来,网壳结构在强震下的失效机理问题日益受到研究者的注意。在强震等动力荷载作用下,网壳结构既可能由于几何非线性导致“动力失稳”而倒塌,也可能由于塑性变形过度发展而导致“强度破坏”;还有可能是强度破坏和动力失稳综合作用的结果。 由于网壳结构形式复杂,杆件及节点数量巨大,导致了有限元建模的复杂性。计算模型的合理与否,决定了结构的计算可靠性。本文通过研究K型球面网壳的组成特点,采用自编APDL命令建立了合理的单层球面网壳的有限元模型,确保了结构的计算精度,同时节约了时间。 采用子空间迭代法研究了网壳考虑几何刚度影响下的自振特性,同时,通过参数分析得出了自振特性随矢跨比、跨度、分割频数、荷载大小及荷载分布等因素的变化规律。 根据非线性有限元理论,本文选用理想弹塑性材料模型,并考虑了几何非线性的影响。此时,由于叠加原理不再适用,故不能像弹性时程分析那样把地震作用下的动力分析结果和静力分析结果叠加求得结构的最大响应。作者认为:利用ANSYS软件的预应力模拟技术来施加静力荷载,再进行地震作用下的动力时程分析是比较合理的。 通过白编APDL命令分别计算了网壳结构在水平、竖向、三向地震作用下结构的动力响应。分析了杆件进入塑性后网壳的地震响应及抗震性能,结果表明,地震作用下网壳结构破坏前均经历一定程度的塑性发展过程,其破坏的真正原因是结构塑性发展和位形变化的交互作用,矢跨比较小的网壳倾向于动力失稳破坏。给出了K8型单层球面网壳地震内力系数的建议取值;同时研究了矢跨比对网壳抗震性能的影响。


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