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单层鞍型网壳强震失效机理研究

作　者: 樊钦鑫
导　师: 范峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 单层鞍型网壳 强震作用 动力强度失效 初始缺陷
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 64次
引　用: 3次
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内容摘要


网壳结构受力合理、覆盖跨度大,具有杆系结构和薄壳结构的优点,抗震性能也非常优异,因此随着我国经济建设的发展,越来越多的被运用于实际工程中。但与其快速发展不相适应的是,网壳结构在强震下的理论研究相对滞后,制约着这种优良结构在抗震区的进一步发展。在这样的背景下,本文对网壳结构的一种常见形式——单层鞍型网壳在强震下的失效机理开展了较为深入的研究。首先对单层鞍型网壳结构的自振特性进行了研究,在对跨度40m、60m、80m单层鞍型网壳结构大规模参数分析的基础上,讨论了高跨比、屋面荷载、跨度等结构参数对结构自振特性的影响,同时分析了结构的自振频率分布区间,振型模态变化规律等。然后,研究了单层鞍型网壳在强震下的失效机理。通过典型算例描述了在强震作用下结构的响应特点,考察了结构整体位移、不同屈服程度杆件比例、不同失效程度杆件等多项结构响应随荷载强度递增的变化规律,可确定单层鞍型网壳在强震下均发生明显的动力强度失效;提出了基于综合判别结构响应的强度失效极限荷载确定方法;在此基础上,讨论了高跨比、屋面质量、初始缺陷、地震动输入方向等因素对结构失效极限荷载的影响规律。最后,为研究下部支承结构刚度对单层鞍型网壳强震失效的影响,建立了包含下部支承结构的整体分析模型。研究了单层鞍型网壳与支承结构整体在强震作用下的特征响应,得到了在下部支承结构刚度变化时单层鞍型网壳两种不同的失效特征。变化下部支承结构刚度及其它结构参数的计算结果表明:下部支承结构对网壳结构在强震作用下的失效特征有显著的影响;随网壳高跨比和屋面质量减小,结构的极限承载力显著提高,并且结构失效时内部塑性发展更为充分,结构延性更好。这些研究结果可为提出合理的网壳结构强震设计理论提供参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 相关领域的研究现状  10-13
    1.2.1 国内网壳结构抗震理论研究现状  10-12
    1.2.2 国外网壳结构抗震理论研究现状  12-13
  1.3 网壳与下部支承结构耦合作用研究  13-14
  1.4 单层鞍型网壳工程应用及相关理论研究  14-16
  1.5 主要研究内容  16-17
第2章 单层鞍型网壳自振特性研究  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 结构计算模型及分析参数  17-19
    2.2.1 计算模型  17-18
    2.2.2 几何参数的确定  18-19
  2.3 单层鞍型网壳的自振特性  19-21
  2.4 结构参数对自振特性的影响  21-24
    2.4.1 高跨比影响  21-22
    2.4.2 屋面质量的影响  22-23
    2.4.3 跨度的影响  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 单层鞍型网壳的强震失效规律研究  25-50
  3.1 引言  25
  3.2 研究方法及技术路线  25-29
    3.2.1 研究方法  25-26
    3.2.2 单元类型的选取及有限元网格的划分  26-27
    3.2.3 初始几何缺陷的分布模式  27-28
    3.2.4 数值模型及参数方案  28
    3.2.5 其他条件  28-29
  3.3 单层鞍型网壳的典型失效模式  29-33
    3.3.1 正交斜放鞍型网壳失效模式  29-31
    3.3.2 正交正放鞍型网壳失效模式  31-33
  3.4 失效极限荷载的经验判别方法  33-36
  3.5 单层鞍型网壳强震损伤模型  36-38
  3.6 结构失效响应规律  38-49
    3.6.1 不同地震波的影响  38-39
    3.6.2 地震波维数的影响  39-40
    3.6.3 高跨比的影响  40-44
    3.6.4 跨度的影响  44-45
    3.6.5 不同屋面质量的影响  45-48
    3.6.6 初始缺陷的影响  48-49
  3.7 本章小结  49-50
第4章 支承结构刚度对鞍型网壳失效的影响  50-65
  4.1 引言  50
  4.2 临界阻尼比确定方法  50-53
  4.3 数值分析模型及参数分析方案  53-55
  4.4 下部支承结构刚度对单层鞍型网壳失效的影响  55-58
    4.4.1 失效极限荷载  55-58
  4.5 考虑下部支承的结构失效响应规律  58-63
    4.5.1 支承结构刚度的影响  60-61
    4.5.2 屋面荷载的影响  61-62
    4.5.3 高跨比的影响  62-63
  4.6 本章小结  63-65
结论  65-67
参考文献  67-71
附录  71-72
攻读学位期间发表的学术论文  72-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 其他结构
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