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考虑杆件失稳效应的单层网壳结构动力破坏成因和承载力分析

作　者: 杨律磊
导　师: 丁阳
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 单层网壳 杆件失稳 地震作用 动力破坏成因 初始几何缺陷 承载力
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


目前关于单层网壳结构的动力计算分析方法并不成熟,为了得到与实际情况相符的单层网壳结构在地震作用下的反应过程和动力破坏成因,有必要对其计算分析模型和计算方法进行系统、深入的研究。鉴于此,本文在总结国内外已有相关研究成果的基础上,对单层网壳结构的动力破坏成因和承载力进行了如下的研究。(1)根据单层网壳结构杆件的受力特点,课题组提出了考虑杆件失稳效应的杆件力学模型,该模型能够模拟杆端形成塑性铰后杆件的力学行为以及杆件失稳前后各个阶段的杆件力学行为。(2)基于本文的杆件力学模型对地震作用下多个单层球面、单层柱面、单层双曲扁网壳进行了动力反应弹塑性时程分析,结果表明:基于本文的杆件力学模型的分析可给出结构在地震反复作用下杆件经历的多次失稳—拉直与塑性铰形成—消失复杂过程,及由此造成的结构承载力的动态变化过程,实现了对单层网壳结构动力反应的全过程模拟;得到了不同形式单层网壳结构在地震作用下的动力破坏成因,单层球面、单层柱面、单层双曲扁网壳在强震作用下的破坏成因分别是大量杆件失稳、杆端塑性铰的成片出现导致结构局部成为机构、以及杆件失稳与杆端塑性铰成片分布共同出现。通过对单层球面、单层柱面网壳结构进行逐步增量时程分析,进一步研究了其在不同强度地震作用下的结构动力反应特点。(3)采用正态分布随机变量描述单层网壳结构的初始几何缺陷,基于本文杆件力学模型计算分析缺陷结构的极限承载力,给出了基于可靠度的单层网壳结构极限承载力及其误差的表达式。结果表明,不考虑杆件失稳将高估结构的承载力。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 网壳结构应用与发展  8-10
  1.2 研究背景  10-16
    1.2.1 网壳结构静力分析方法  10-11
    1.2.2 网壳结构动力分析方法  11-16
  1.3 本文的主要工作  16-17
第二章 非线性有限元理论  17-26
  2.1 引言  17-18
  2.2 几何非线性  18
    2.2.1 几何非线性产生的原因  18
    2.2.2 单层网壳结构考虑几何非线性的方法  18
  2.3 材料非线性  18-23
    2.3.1 Mises 屈服准则  20-21
    2.3.2 加载准则  21-22
    2.3.3 等向强化准则  22-23
    2.3.4 随动强化准则  23
  2.4 非线性问题的解法  23-26
    2.4.1 荷载增量法  24
    2.4.2 牛顿—拉普森法  24-25
    2.4.3 弧长法  25-26
第三章 考虑杆件失稳效应的杆件力学模型  26-41
  3.1 基于构件、截面和材料模型的力—位移关系  26-28
  3.2 已有杆件力学模型的建立方法  28-34
    3.2.1 特征截面法  28-30
    3.2.2 数值积分法  30-33
    3.2.3 考虑中部塑性铰的压杆模型  33-34
  3.3 考虑杆件失稳效应的杆件力学模型  34-40
    3.3.1 单层网壳结构压杆失稳类型  35-36
    3.3.2 杆件失稳前后的力学性能  36-37
    3.3.3 杆件失稳判别条件  37-38
    3.3.4 考虑杆件失稳效应的杆件力学模型  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 地震作用下单层网壳结构的动力破坏成因分析  41-58
  4.1 地震作用下单层网壳结构动力破坏成因分析  41-49
    4.1.1 单层球面网壳结构  42-45
    4.1.2 单层柱面网壳结构  45-48
    4.1.3 单层双曲扁网壳结构  48-49
  4.2 单层网壳结构的逐步增量时程分析  49-57
    4.2.1 单层球面网壳结构  49-52
    4.2.2 单层柱面网壳结构  52-57
  4.3 本章小结  57-58
第五章 考虑杆件失稳效应的单层网壳结构极限承载力  58-67
  5.1 引言  58
  5.2 考虑杆件失稳效应且基于可靠度的单层网壳结构极限承载力  58-63
    5.2.1 基本假定  58-59
    5.2.2 结构计算模型  59
    5.2.3 极限承载力分布规律分析  59-62
    5.2.4 基于可靠度的极限承载力  62-63
    5.2.5 基于可靠度的极限承载力的误差  63
  5.3 杆件失稳效应对极限承载力的影响  63-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章 结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72

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