罕遇地震下考虑压杆屈曲的网壳弹塑性分析

论文摘要

分析网壳结构在地震作用下的动力性能,应考虑杆件损伤后的性能和上下部结构协同工作的影响。本文提出了一种能考虑受拉屈服和受压屈曲的等效弹塑性杆单元模型,并借助此模型进一步考察了网壳结构在罕遇地震作用下的结构响应特点;其次,在采用反应谱法计算网壳的竖向地震作用时,文中指出了传统的振型质量参与系数在确定组合振型数时存在局限,并对振型质量参与系数的合理形式进行了探讨。论文包括以下三方面的工作:(1)建立了有初弯曲压杆的屈曲荷载和屈曲后路径曲线,并将其转化成等效的材料应力应变关系。基于大量数值计算并统计不同条件下轴心受压杆件的节点相对位移、杆件轴力与杆件长细比的关系,建立一个杆单元的等效弹塑性模型。该模型仅使用材料非线性便可实现压杆屈曲过程中的几何和材料双重非线性。(2)采用上述的等效弹塑性模型以及常规的理想弹塑性模型,计算网壳结构在罕遇地震作用下的动力响应特点,并比较了两者的差别。同时找出按常规设计的网壳结构在罕遇地震作用下的薄弱杆件和区域,并对薄弱区域的加强措施提出了建议。研究发现,常规设计荷载作用下的网壳内力分布与罕遇地震作用下的网壳内力分布并不一致。在支座附近以及等效壳体内力较小的区域,杆件在罕遇地震作用下容易发生屈曲破坏。(3)在按上下部结构整体模型计算网壳的竖向地震作用时,传统的振型质量参与系数很难达到90%,从而造成组合振型数过多并大大增加了计算量。文中通过对结构动力学基本公式的分析,指出上部网壳较柔而导致下部结构竖向振型不能激发是主要原因。并针对上部屋盖结构的竖向地震作用计算定义了一个局部振型质量参与系数,通过对球面和柱面网壳模型的位移和内力响应结果统计,证明该参与系数比传统的振型质量参与系数更为合理和有效。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 抗震分析方法综述
• 1.2.1 反应谱法
• 1.2.2 直接动力分析法
• 1.2.3 随机振动法
• 1.2.4 推覆分析法
• 1.3 弹塑性分析研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 轴心受力杆件的等效弹塑性模型
• 2.1 有限元分析模型
• 2.2 轴心受力杆件的加载和卸载曲线
• 2.2.1 轴心受力杆件加载曲线
• *δcr的卸载曲线'>2.2.2 轴心受力杆件在2^*δcr的卸载曲线
• *δcr的卸载曲线'>2.2.3 轴心受力杆件在4^*δcr的卸载曲线
• *δcr的卸载曲线'>2.2.4 轴心受力杆件在8^*δcr的卸载曲线
• 2.3 轴心受力杆件的等效弹塑性模型
• 2.3.1 杆件的屈曲与卸载模型
• 2.3.2 杆件的等效弹塑性模型
• 2.3.3 等效弹塑性模型与规范比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 网壳结构的弹塑性时程分析
• 3.1 时程分析理论
• 3.1.1 瞬态动力学分析
• 3.1.2 Newmark Method
• 3.1.3 阻尼系数
• 3.1.4 地震波的选取
• 3.2 有限元模型分析
• 3.3 球面网壳模型
• 3.3.1 Big-Bear地震波下结构的响应
• 3.3.2 Cape地震波下结构的响应
• 3.3.3 Chi-Chi地震波下结构的响应
• 3.3.4 本节小结
• 3.4 柱面网壳模型
• 3.4.1 Big-Bear地震波下结构的响应
• 3.4.2 Cape地震波下结构的响应
• 3.4.3 Chi-Chi地震波下结构的响应
• 3.4.4 本节小结
• 3.5 加强后的柱面网壳模型
• 3.5.1 Big-Bear地震波下结构的响应
• 3.5.2 Cape地震波下结构的响应
• 3.5.3 Chi-Chi地震波下结构的响应
• 3.5.4 本节小结
• 第四章 局部振型质量参与系数
• 4.1 局部振型质量参与系数的推导
• 4.2 球面网壳模型
• 4.2.1 振型分析
• 4.2.2 各阶组合振型数的位移比较
• 4.2.3 各阶组合振型的内力比较
• 4.3 柱面网壳模型
• 4.3.1 振型分析
• 4.3.2 各阶组合振型数的位移比较
• 4.3.3 各阶组合振型的内力比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 后续工作的建议
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果