考虑损伤累积的大跨空间网壳结构稳定性分析及抗倒塌措施研究

发布时间：2020-11-18 05:02

　　本文基于ABAQUS有限元分析软件,以大跨空间凯威特网壳结构为研究对象,首先考虑几何和材料双重非线性,深入分析了该结构类型在静载作用下的屈曲行为以及在不同杆件截面强度、结构矢跨比、材料初始缺陷、结构底部的支座约束等条件下结构静力响应,研究得出静力作用下分析网壳静力稳定性时,需尽可能多分解此类结构的振型,以便综合考虑各阶屈曲模态的组合情况;画出荷载-位移曲线可更清晰直观地表达出结构各个参数变化对其静力稳定性能的影响规律,考虑几何和材料双重非线性的运算结果更接近工程实际情况;网壳对构件外径的敏感程度将远高于壁厚,故可适当在网壳结构的薄弱区域或易损区域适当增强构件截面强度;随结构矢跨比的增大,结构在静载作用下的静力稳定性能显著提高;网壳结构为缺陷敏感型结构,网壳极限承载力随结构初始缺陷的减小而依次增大,但增大的趋势越来越缓慢;结构底部支座的类型及约束数量对网壳极限承载力的影响非常小,但支座约束数量减半后,结构的失稳现象更为明显。然后引入材料损伤模型,推导瑞利阻尼系数的计算公式,分析该类型网壳在不同维数地震波下其动力响应的差异,研究得出网壳在多遇地震下,仅X向地震波对结构的动力响应指标可以作为工程设计安全的主要依据,但在罕遇地震下,由于三向地震波对结构动力响应的复杂性,综合考虑三向地震波更符合实际情况。基于增量动力分析(IDA)方法,考虑材料微观损伤时结构的动力响应比不考虑时降低了20%左右,塑性单元的比例上升10%左右;考虑损伤后初始几何缺陷使得网壳的动力响应最大降低了30%左右;结构底部支座约束的数量减半后,材料损伤累积效应使得结构的动力响应降低10%左右;在有限元模拟过程中发现结构的屈服单元以及最大节点位移几乎均发生在网壳结构的第一至第四环内,得出凯威特网壳的倒塌往往是在结构的薄弱部位由材料损伤引起构件破坏直至结构倒塌,因此需加强结构的薄弱环节。从前面的研究得出结构在荷载作静动载作用下的薄弱部位主要集中在结构底部的第一环至第四环,并针对薄弱部位提出各类加强措施及最优方案。结果表明直接增强杆件截面的强度,可提高结构的极限承载力,增强网壳薄弱部位的斜杆截面对网壳抗震的提升效果比环杆更好;增设网壳局部主肋双层对提高结构的抗震效果远远大于环杆双层;当使用粘滞阻尼器的时,采用“替换”方式其减震效果明显优于“附加”方式,另外针对不同的建筑结构,存在一个最优阻尼系数;屈曲约束支撑不同的加设方案对结构的减震效果影响不同,最优方案下的网壳抗倒塌能力可提高13.3%。
【学位单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU399
【部分图文】：

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第一章绪论1第一章绪论1.1课题研究背景、目的及意义建筑伴随着人类社会的产生和发展而不断发展，不仅需要满足基本的使用要求，安全可靠，还需要满足结构安全性，并具有一定的特色和艺术美，能够反应区域文化和民俗特征。在新时期，用于建筑工程方面的轻质高强材料铁、钢材、铝合金等等的出现和应用促进以杆件形式为主的穹顶结构快速发展（图1.1中国国家大剧院、图1.2天津市滨海新区于家堡高铁站、图1.3名古屋大型体育馆、图1.4瑞典斯德哥尔摩地球体育馆等等）。其中，在有关方面研究较为深入，并取得一定成绩的设计师为德国Schwedler，在结构方面采用薄壳穹顶，应用“经纬结合，分部设计”的理念，将其分为纬向水平环线和经向的肋，与此同时，使用斜杆改变原有的梯形内部结构，将其分割成两个或者四个三角形，这样一来，可以在一定程度上增强结构的稳定性。在此基础之上，一些专业人士对其进行不断研究，20世纪50年代，网架结构主要为平板型或者微面型。我国在大跨空间网壳结构的使用方面还相对较少，欧洲一些国家使用较多，我国在有关方面的典型设计为首都机场四机位仓库和天津体育中心体育馆。图1.1中国国家大剧院图1.2天津新区高铁站Figure1.1ChinaNationalGrandTheatreFigure1.2TianjinNewDistrictHigh-speedRailwayStation图1.3名古屋体育馆图1.4瑞典斯德哥尔摩地球体育馆Figure1.3NagoyaStadiumFigure1.4StockholmGlobeStadium,Sweden在建筑业快速发展的过程中，大跨空间网格结构应用范围不断增加，安全问题也不

新区,天津