基于響應面法的單層球殼簡單動荷載下破壞形式的預測.pdf

1、單層球面網(wǎng)殼在簡單動荷載、地震作用下破壞機理研究是目前土木工程領域重要研究課題之一，判定單層球面網(wǎng)殼結構的失效模式一直是該類研究的重點，目的在于指導設計，避免出現(xiàn)失穩(wěn)類無征兆的破壞，因此預測單層球殼在己知荷載激勵下的破壞形式既具有理論的必要性，也具有實際工程價值。但單層球殼是高次超靜定結構，在動荷載作用下破壞過程復雜，預測破壞形式一直是該類研究的難點。本文通過響應面法，利用兩種破壞形式--強度破壞和動力失穩(wěn)在全過程曲線形式上的顯著不同，

2、計算極限荷載P<,cr>和P<,cr>/2處的可靠指標β<,1>和β<,2>，進而提出破壞指標K<,β>(K<,β>=β<,1>/β<,2>)的概念，統(tǒng)計分析得出K<,β>和破壞形式之間的規(guī)律，在此基礎上詳細討論了預測簡單動荷載下單層球殼破壞形式的原則，設計了預測流程。最終從結構可靠度層面預測了單層球殼在簡單動荷載下的破壞形式，獲得了良好的效果。其預測方法具有較好的適應性，值得推廣應用。同時本文的研究方法--響應面法、預測思路等也值得其

3、他類似研究借鑒。 為了預測一個單層球殼結構在簡單動荷載下的破壞形式，以跨度40m、50m、矢跨比為1/5、1/7四種K8型單層球面網(wǎng)殼結構為例，同時考慮幾何非線性與材料非線性，對網(wǎng)殼結構進行了簡諧荷載、階躍荷載下破壞形式的分析，利用響應面法計算了不同幅值下單層球殼的可靠指標的比值K<,β>，總結了動力失穩(wěn)、強度破壞在這一指標上的規(guī)律，據(jù)此制定了合理的預測流程和預測方法，最終能夠預測結構的破壞形式，達到指導、修正設計，避免損失的目

4、的。本文在研究過程中獲得了以下的研究成果： 1.響應面法是解決大型復雜結構可靠度問題的重要方法。本文針對特定的研究對象單層球殼結構，對動力問題中響應面法交叉項的取舍進行了研究，發(fā)現(xiàn)利用位移控制建立極限狀態(tài)方程時，當[u]≤2U<,max>(U<,max>為時程中節(jié)點最大位移)時，不必考慮交叉項影響；當[u]>2U<,max>，則有必要考慮交叉項的影響； 2.計算極限荷載P<,cr>和P<,cr>/2下的可靠指標β<,1>

5、和β<,2>，定義破壞指標K<,β>=β<,1>/β<,2>。通過大量單層球殼在均布水平、豎向的簡諧、階躍荷載下破壞指標K<,β>的結果統(tǒng)計，建立了其與破壞類型的定量關系：對于40m、50m跨度的單層網(wǎng)殼，建議位移選取L/200(L為球殼跨度)為失效指標建立失效方程。當破壞指標K<,β><4時，結構破壞形式為動力失穩(wěn)；K<,β>>7時，結構為強度破壞。當K<,β>在4～7之間，可以認為破壞類型處于中間狀態(tài)； 3.詳細討論了預測方

6、法中選取兩級判別點的4個基本原則，設計了預測流程。對40m、50m跨、矢跨比1/5、1/7的單層球殼結構在不同激勵頻率的水平、豎向簡諧荷載和不同持時的水平、豎向階躍荷載下進行破壞形式的預測，并同全過程時程響應分析結果進行對比。大量算例表明：該方法可以避免大量的時程試算；在判別點的選取上有理論根據(jù)；以可靠度理論為基礎，能夠客觀反應結構破壞狀況，能夠獲得準確的預測結果。 本文的創(chuàng)新點在于： 1．對響應面法交叉項進行了研究，針