大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多點(diǎn)地震動(dòng)輸入下冗余特性研究.pdf

1、近年來，大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，其在強(qiáng)震等突發(fā)事件下的安全問題也日趨突出。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有傳力路徑復(fù)雜、對局部破壞敏感的特點(diǎn)，在非預(yù)期突發(fā)事件作用下倒塌事故時(shí)有發(fā)生。當(dāng)結(jié)構(gòu)局部范圍遭受到破壞時(shí)，如果結(jié)構(gòu)不具有足夠的冗余度，很容易發(fā)生整個(gè)結(jié)構(gòu)的崩潰。而空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)因其巨大的社會(huì)影響力，這類建筑一旦發(fā)生坍塌，危害會(huì)非常巨大。國內(nèi)外對于大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)抗倒塌的設(shè)計(jì)理論仍不夠成熟，突發(fā)事件下的結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理也尚未清楚。本文以單層球面

2、網(wǎng)殼為研究對象，探討空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的冗余特性，以期為該類結(jié)構(gòu)體系的抗倒塌措施設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　結(jié)構(gòu)的響應(yīng)敏感性是用來描述結(jié)構(gòu)行為與設(shè)計(jì)參數(shù)之間關(guān)系的函數(shù)，本文基于響應(yīng)敏感性對結(jié)構(gòu)冗余特性進(jìn)行研究，提出了基于結(jié)構(gòu)應(yīng)變能敏感性的冗余度評價(jià)方法。以結(jié)構(gòu)應(yīng)變能對單元材料彈性模量的敏感性作為冗余特性的評價(jià)指標(biāo)，考慮局部損傷對結(jié)構(gòu)整體的影響。與高冗余度構(gòu)件相比，低冗余度構(gòu)件一旦發(fā)生破壞，結(jié)構(gòu)的剩余承載力將急劇下降，可能造成結(jié)構(gòu)的局

3、部破壞，甚至是整體倒塌?；趹?yīng)變能敏感性的冗余度評價(jià)方法能較全面地反映構(gòu)件的重要程度，對結(jié)構(gòu)的抗倒塌研究設(shè)計(jì)有參考意義。
　　動(dòng)力下結(jié)構(gòu)有復(fù)雜的力學(xué)行為，不能簡單地用擬靜力的方式進(jìn)行模擬。本文給出了彈性和彈塑性條件下結(jié)構(gòu)敏感性及構(gòu)件冗余度的求解方法，以結(jié)構(gòu)在整個(gè)地震過程中應(yīng)變能對構(gòu)件材料彈性模量敏感性的極值作為地震作用下單元冗余度的評價(jià)指標(biāo)，反映了局部構(gòu)件損傷對結(jié)構(gòu)在地震作用下整體力學(xué)性能的影響。通過算例表明，彈性和彈塑性下的構(gòu)件

4、冗余度分布有較大差異，且當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性時(shí)，構(gòu)件冗余度分布較為均勻。
　　隨著空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的跨度越來越大，地震動(dòng)的空間效應(yīng)越來越顯著，結(jié)構(gòu)不同支座處的地震動(dòng)輸入不一致，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與一致輸入情況有較大差別。對多點(diǎn)輸入下空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行研究有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在Dibaj和Penzien求解多點(diǎn)輸入反應(yīng)理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了多點(diǎn)輸入下結(jié)構(gòu)響應(yīng)敏感性的求解方法，然后以響應(yīng)敏感性為基礎(chǔ)衡量結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多點(diǎn)輸入下的冗余度。通過

5、算例表明，結(jié)構(gòu)在多點(diǎn)輸入下支座部分冗余度更大，而整體冗余度更為均勻。
　　以2個(gè)跨度23.4m、矢跨比1/2的K6型單層網(wǎng)殼多點(diǎn)輸入振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑闄z驗(yàn)對象，對比完善結(jié)構(gòu)和人為設(shè)置薄弱區(qū)結(jié)構(gòu)模型的倒塌過程，表明結(jié)構(gòu)的冗余特性能全面反映結(jié)構(gòu)的整體性能，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)和其關(guān)鍵部位所在。
　　本文的研究工作給出了尋找結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的方法，為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗倒塌控制與抗倒塌設(shè)計(jì)研究提供了理論依據(jù)，對推進(jìn)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有工程意