柱面网壳地震位移需求计算的迭代等效推覆方法

为提高采用推覆方法计算柱面网壳地震位移需求的效率和精度,提出一种改进的推覆方法。基于能量等效原理,建立不依赖中间参数或增量计算的等效单自由度体系。根据等能量原则,提出确定目标位移的迭代等效方法;采用完全二次项平方根方法(CQC)组合各主振型等效体系目标位移处的振型反应得到结构需求。算例结果表明,相比传统的推覆方法,基于迭代等效的推覆方法得到的柱面网壳最大节点位移、整体位移包络的误差较小。当结构反应由多振型共同主导时,该方法的计算精度稳定。     

一种改进的结构推覆分析目标位移计算方法

在等效单自由度体系地震反应目标位移计算方法的基础上,提出考虑高振型影响的结构推覆分析目标位移计算方法.利用该方法和其他常用推覆分析方法,进行不同层数的钢筋混凝土规则框架结构推覆分析,并与地震反应非线性时程分析结果进行比较和分析.结果表明,所提出的改进方法能够较好地考虑结构地震反应中高阶振型的影响.     

土-结构相互作用下单层柱面网壳振动台试验及数值分析

基于设计长度×宽度×高度为7.7 m×3.2 m×1.2 m的模型箱,以长度×跨度为1.8 m×1.8 m的单层柱面网壳为研究对象,设计实现土-独立基础-单层柱面网壳结构振动台试验,研究不同地震波输入下土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的规律,同时采用整体有限元法建立振动台试验的有限元模型,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:考虑土-结构相互作用时,土-独立基础-单层柱面网壳结构体系的试验结果与模拟结果变化规律基本一致,土-结构相互作用下基础底部的加速度峰值响应较自由场加速度峰值响应增大;土体与基础之间滑移和提离现象及模型箱的刚度是影响试验结果与模拟结果差距的主要因素,尤其是随着振动次数增多,土体与基础之间的非线性接触更加显著;地震波频谱特性是影响土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的重要因素,在试验设计时应当尽量避开结构体系与地震波主频一致而发生共振现象,否则造成试验结果失真。     

强震时单层K8型网壳结构非线性动力稳定分析

针对单层K8型网壳结构在强震时的动力稳定问题,应用非线性有限元理论进行了分析.计算得到单层K8型网壳结构在地震荷载作用下的动力响应,并用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载.结果表明,强震时单层K8型网壳结构易发生动力失稳,临界地震波峰值为0.7g,失稳的区域由第三环与径肋交叉处开始并向周围扩散直至结构坍塌.     

斜拉单层柱面网壳地震响应及失效特征

在双向网格型单层柱面网壳结构面内及面外布置拉索有效地增强了网壳结构刚度,提高了结构的承载能力,前期已针对斜拉单层柱面网壳结构的静力稳定性进行了系统的研究,但有关该结构的地震响应研究还不够充分.本研究基于上述静力稳定性研究成果,通过ANSYS有限元软件对斜拉单层柱面网壳结构进行了动力失效分析,并利用本文提出的应变能响应分析方法考察了网壳结构动力失效时的特征.通过网壳杆件进入塑性比例、杆件进入塑性程度、结构关键节点位移等随加速度幅值的全过程响应分析探讨了结构的破坏形式;并结合动力破坏指标,进一步讨论了不同初始条件下网壳结构的动力失效模式,揭示了结构的动力失效机理.结果表明:拉索的布置形式有效增强了双向网格型单层柱面网壳结构的延性,网壳结构破坏前即使在经历了深刻的塑性发展后仍可保持稳定状态,直至全截面进入塑性杆件数量的突增使结构刚度明显降低,结构发生倒塌破坏.     

短程线型单层球面网壳结构在简单荷载作用下的动力稳定性

基于全过程时程分析方法 ,采用实用的动力稳定性判定准则,分析了在三种简单荷载作用下短程线型单层球面网壳结构动力稳定性能.阶跃荷载作用下考虑了初始几何缺陷和阻尼的影响,并对比了阶跃荷载与静力荷载作用下稳定临界值;简谐荷载作用下对比了共振区和非共振区的动力稳定性能;三角形荷载作用下考虑了不同持时的影响.通过不同参数变化对单层网壳结构动力性能的影响分析,得出了一些有意义的结论.     

一种新的大型LNG储罐钢穹顶稳定性分析方法

大型LNG储罐钢穹顶由蒙皮板和单层肋环型网壳焊接而成,因其结构特殊性,目前中国在进行大型LNG储罐穹顶稳定性分析时无相关规范可以依循,多参照单层网壳规范进行设计,钢穹顶可能存在局部失稳的风险.提出一种新的钢穹顶稳定性分析方法,即将带蒙皮板网壳结构等效为单层网壳结构进行稳定性分析.该方法基于保证等效前后截面面积、抗弯刚度...     

空间结构弹塑性地震反应分析的简化模型与方法

为解决应用模态推覆法计算空间结构弹塑性地震反应时,主振型数量过多、等效单自由度(ESDOF)体系双折线型力-位移关系与实际状况不吻合、结构荷载-节点位移-支座反力对应关系难确定等问题,提出一种简化的静力推覆方法.首先用SRSS方法组合振型节点位移以确定荷载模式,对结构实施静力弹塑性分析;然后采用整体刚度参数及等效质量,建立新的空间结构ESDOF体系;最后用多折线代替双折线表征该体系力-位移关系,基于该体系计算空间结构弹塑性地震反应.对K8单层球面网壳的分析表明:提出的计算模型及方法操作性强、省时;相对于时程分析结果,本方法所求大部分节点位移偏差在35%以内,进入塑性杆件数量偏差仅为7%,分布位置与时程分析结果基本对应.     

以动力稳定为目标的空间结构等效静力风荷载

采用基于位移或内力响应等效的等效静力风荷载进行大跨空间结构的稳定分析并不十分合理.以动力稳定为目标的等效静力风荷载将使大跨空间结构的设计能够满足稳定性设计的要求.提出大跨空间结构以动力稳定为目标的等效静力风荷载的概念和初步方法,并应用于单层柱面网壳的稳定性分析.通过风洞试验获得柱面网壳表面的非定常气动力,利用Budiansky-Roth准则分析该网壳的动力稳定性,得到以动力稳定为目标的等效静力风荷载.通过对比以动力稳定为目标和基于位移等效的等效静力风荷载下的稳定性分析结果,表明大跨空间结构进行稳定性分析时有必要采用以动力稳定为目标的等效静力风荷载来考虑风荷载作用.     

基于整体刚度折减系数的网壳结构抗震性能参数

为研究针对网壳结构抗震性能的参数指标及设计限值,实现网壳结构抗震性能的快速评估与校核,采用基于结构整体刚度参数的模态推覆分析法,将网壳结构简化为相应的等效单自由度体系,分析网壳结构地震反应.基于此结构整体刚度参数及等效单自由度体系,提出新的抗震性能参数——整体刚度折减系数,并验证其准确性.将整体刚度折减系数值0.10,0.75和1.00作为矢跨比大于等于1/4的K6型网壳结构轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌的界限值,并将整体刚度折减系数值0.10和0.80分别作为结构线弹性、弹塑性变形验算的设计限值.数值算例分析结果表明,整体刚度折减系数具有较好的适用性,可用于网壳结构抗震性能的快速评估与校核以及结构设计优化.     

格构拱结构动力响应评估的改进模态推覆分析法

静力推覆分析方法广泛应用于多高层结构在水平地震作用下的抗震性能评估,但将此方法直接应用于竖向地震作用下结构水平和竖向变形耦合显著的大跨度格构拱结构时,计算精度较差.引入结构静力稳定分析的特征刚度参数,提出了一种改进的模态推覆分析(IMPA)方法,通过第一阶段的模态推覆分析建立基于特征刚度的等效单自由度(ESDOF)体系;将各阶ESDOF的动力时程按振型组合进行第二阶段推覆分析,推导出推覆荷载公式;通过两阶段的推覆分析求解结构整体的动力响应.采用IMPA方法对某大跨度格构拱结构分别在硬土和软土场地若干条竖向地震波激励下的动力响应进行分析,与时程分析方法进行对比,计算结果表明:节点竖向位移和单元最不利应力的变化趋势基本一致,平均误差分别为10.5%和33.2%,计算耗时仅约为时程分析法的25%;随着竖向振型截取阶数的增加,IMPA方法的计算精度也相应提高.     

地震波斜入射下土-单层柱面网壳结构振动台试验研究

现阶段有关地震波斜入射下大跨空间网格结构地震响应的试验研究未见报道.基于设计的7.7m×3.2m×1.2m大型刚性模型箱和1.8m×1.8m的单层柱面网壳结构,并实测土体参数,通过4台阵体系设计实现自由场振动台试验和土-单层柱面网壳结构振动台试验.通过自由场振动台试验结果与数值模拟结果的对比验证了试验设计的正确性,并研究了土-单层柱面网壳结构体系的地震响应.试验结果表明:土-结构相互作用下网壳屋盖的地震响应随着地震波入射角度的增大呈现明显的非线性变化,当以30°~60°角度输入时,网壳地震响应剧烈;不同地震波输入下,网壳柱底两个水平方向加速度最大值比值在1∶0.3~1∶3之间.进行抗震计算时,柱底两水平方向的加速度输入比例与地震波的入射角度有关,宜考虑地震波斜入射的空间效应.     

大跨网壳结构的动力倒塌判别分析

为了研究大跨网壳结构的倒塌模式以及判别倒塌过程中各阶段所对应的临界荷载,基于LS-DYNA软件,同时考虑结构的双重非线性和材料的失效应变,对3种典型大跨网壳结构的倒塌过程进行了模拟.根据模拟结果,提出了大跨网壳结构的倒塌模式.参考增量动力分析方法,得到了带肋施威德勒网壳从动态失稳直至倒塌状态所对应的临界荷载,并且分析了...     

短程线型单层球面网壳结构在简单荷载作用下的动力稳定性

基于全过程时程分析方法,采用实用的动力稳定性判定准则,分析了在三种简单荷载作用下短程线型单层球面网壳结构动力稳定性能。阶跃荷载作用下考虑了初始几何缺陷和阻尼的影响,并对比了阶跃荷载与静力荷载作用下稳定临界值;简谐荷载作用下对比了共振区和非共振区的动力稳定性能;三角形荷载作用下考虑了不同持时的影响。通过不同参数变化对单层网壳结构动力性能的影响分析,得出了一些有意义的结论。     

网架结构竖向抗震性能评估的等效简化模型

为建立分析效率高、计算精度高的网架结构竖向抗震性能评估方法,采用考虑结构质量分布的模态推覆分析荷载模式,对基于整体刚度参数的等效单自由度体系建立方法进行了改进.分析了网架结构竖向振动受重力作用影响显著、且竖向振动显著不对称的特点.假定网架结构向上振动时的等效荷载-变形关系为完全弹性,建立了简化的模态等效单自由度体系模型.给出了基于简化模型分析网架结构竖向地震反应和评估其竖向抗震性能的基本过程.数值算例表明,所提等效简化模型方法可较为精确地预测网架结构的竖向位移反应(跨中位移误差小于5%)和进入塑性的杆件分布位置,同时,简化方法计算耗时大幅低于非线性时程分析,易被设计工程师掌握使用.     

高层建筑模态抗震设计中的多模态静力推覆分析

将模态推覆分析方法与用自适应的加载方式相结合,提出了一种改进的多模态静力推覆分析方法.运用模态推覆分析将多自由度体系解耦成每阶模态对应的单自由度体系,对于每阶模态下的推覆分析,当结构进入塑性阶段后,采用自适应的加载方式,得到每阶模态下结构的反应.将结构推至每阶振型下的目标位移,采用SRSS组合的方式得到结构的响应.对应每阶振型下推覆分析的目标位移采用非弹性能力谱方法来计算.对不同高度的多高层钢框架-混凝土核心筒混合结构在8度罕遇地震下抗震性能进行了评估.结果显示,本文的静力推覆分析所得的结构响应同非线性动力时程分析所得的结果吻合较好.     

强震作用下双层球面网壳结构非线性动力响应分析

针对大跨网壳结构的动力特性,提出了在强烈地震作用下双层球面网壳结构的非线性分析和结构动力稳定性判别方法.单元模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响.分析时,以静力荷载作用下的受力状态作为时程分析的初始状态,采用B-R判断准则确定其临界荷载,通过加速度峰值-结构最大位移曲线来判别结构的动力稳定性,据此找出其动力失稳临界点及破坏规律.通过算例验证了本文方法的有效性.分析结果表明,双层球面网壳结构考虑双重非线性是必要的;一致缺陷模态对结构承载力的影响比振型模态缺陷的影响大.     

两维地震激励下格构拱动力响应简化评估方法

通过对振型位移响应进行合理的线性组合,给出了两维地震激励下格构拱结构的变形模式,基于该变形模式导出了推覆分析的荷载模式,采用该荷载模式对结构进行一次非线性推覆分析,建立了一种等效单自由度体系,通过对该等效单自由度体系进行时程分析,求得结构目标性能点,进而得到结构整体动力响应;在此基础上,通过对两维地震动输入进行适当简化,提出了格构拱在两维地震激励下动力响应的简化评估方法.采用简化方法对某大跨度柱承格构拱结构分别在硬土和软土场地一系列地震波两维分量激励下的动力响应进行分析,与时程法分析结果进行对比表明:简化方法计算的动力响应变化趋势与时程法基本一致,两向节点位移和单元最大应力平均误差分别为15.1%、12.5%和16.6%,但计算耗时仅约为时程法的25%.     

单层椭圆抛物面网壳在地震作用下的动力稳定性分析

以平面30 m×30 m,矢跨比分别为1/6,1/7,1/8和1/9的椭圆抛物面单层网壳为对象,利用ANSYS非线性动力软件,研究其弹塑性动力失稳。计算中考虑几何和材料非线性效应,并对几何缺陷、阻尼、不同地震波及其输入方向等对稳定性的影响进行了分析。结果表明:该结构的动力失稳一般伴随着较大的塑性变形,具有明显的突发性;在水平地震作用下动力稳定临界荷载明显低于竖向地震作用下的临界荷载,以两向地震作用下最低;在水平地震作用下,较大矢跨比时动力稳定临界荷载较低;杆件截面的增大可显著提高该结构的水平刚度和动力稳定临界荷载;几何缺陷能显著降低网壳结构的动力稳定临界荷载;考虑Raleigh阻尼模式,其临界荷载提高不足7%。     

单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究

针对拱准线形式为悬链线的单层倒悬链型柱面网壳结构,首先对比分析了其常见的3种网格形式的稳定性能,确定了一种合理的网格布置形式,然后与单层圆柱面网壳的稳定性作了比较,最后进行了大规模的参数分析,较全面系统地研究了单层倒悬链型柱面网壳的静力稳定性,包括长宽比、矢宽比、杆件截面尺寸、初始几何缺陷和荷载不对称分布各参数对结构极限荷载的影响.研究表明:常见网格形式的单层倒悬链型柱面网壳,以斜杆I型的整体稳定性能最好,且相比单层圆柱面网壳,其刚度和极限承载力都得到了较大的提高;长宽比、矢宽比对单层倒悬链型柱面网壳极限承载力影响显著并具有良好的规律性,结构横向加劲肋间距应小于横向宽度;网壳极限承载力与截面等效刚度呈线性关系;初始几何缺陷对结构影响较显著,当缺陷达到波宽的1/300时,网壳极限荷载最大降低达57%;结构对不对称荷载作用不敏感.