李骁然[1]2015年在《三心圆柱面网壳弹塑性地震响应及失效模式分析》文中指出三心圆柱面网壳是大跨空间结构中常用的一种结构形式。对设防烈度及罕遇地震下结构的动力性能进行分析,是制定此类网壳基于性能的抗震措施和设计方法的基础性工作,但目前相关研究较少。本文在工程调研的基础上,确定了跨度、长度、支承形式以及厚度不同的15个三心圆柱面网壳基本模型,并借助这些模型系统研究了此类各网壳结构在7度、8度设防烈度(中震)及罕遇地震(大震)下的弹塑性动力响应特点、失效模式和影响因素。本文主要的工作和结论如下：(1)在对网格结构进行弹塑性时程分析时,不仅要考虑杆件的几何和材料非线性,还应考虑杆件失稳对结构整体刚度退化的影响。本文采用不等比例长度的四段梁元来模拟杆件。通过与规范轴压承载力公式的对比分析,提出当杆件初弯曲取1/450杆长时能较准确的模拟杆件的受压屈曲。(2)对15个三心圆柱面网壳基本模型其进行非抗震工况下的满应力设计,然后分析各模型的荷载传递路径、自振特性及多遇地震下的响应特点。研究表明：按照非抗震工况满应力设计的柱面网壳模型,其杆件截面均满足小震弹性验算的要求。(3)考虑材料和几何非线性,并引入能考虑杆件屈曲的分段梁模型,对各网壳基本模型进行7度和8度设防烈度与罕遇地震下的弹塑性响应分析。基于计算结果,统计了7度、8度中震及大震作用下的结构塑性变形发展特点和塑性杆件分布区域。研究表明：网壳长度、跨度和厚度的改变会使结构出现较大的弹塑性响应差异；仅满足小震验算的三心圆柱面网壳在中震和大震作用下可能会失效,且失效结构的薄弱位置主要位于距支座1/4跨度区域的；网壳从薄弱区域杆件出现塑性应变到整体结构失效的时间间隔很短。(4)对柱面网壳的动力稳定性及失效模式进行考察。采用B-R运动准则判断了柱面网壳的动力稳定性,并选择三条地震波和不同频率的简谐荷载考察了结构的动力极限承载能力及失效模式。研究表明：三心圆柱面网壳具有典型的动力失稳的失效模式；结构的动力极限承载能力与荷载频率及杆件失稳有关。荷载频率的变化,可能造成结构动力极限承载能力幅值发生极大的改变；荷载频率不变时,动力荷载作用下结构薄弱部位压杆的安全度能够反映整个结构的安全度。杆件失稳对三心圆柱面网壳整体结构动力极限承载能力的削弱不能忽视,若杆件仅采用理想弹塑性模型将会很大程度高估结构的承载能力,是偏不安全的。
冯雷明[2]2008年在《双层柱面网壳结构的消能减震研究》文中进行了进一步梳理双层柱面网壳结构在地震作用下,某些构件吸收大量地震能量而进入弹塑性状态甚至屈服、破坏,从而导致结构震后无法修复甚至直接倒塌。阻尼器是结构中专门用来消耗地震能量的构件。在结构中合理布置阻尼器可以消耗输入结构中的大部分地震能量、减小结构位移、改善和提高结构的抗震性能。时程分析法是减震结构的常用的分析方法之一。本文系统地阐述了减震结构的运动微分方程及时程分析方法。无论减震结构是单自由度、多自由度、考虑扭转耦联,还是三维有限元分析,减震结构均可以采用时程分析法进行计算。当结构局部非线性而其它大部分为弹性时,方程可以采用“快速非线性分析”(FNA)方法求解。本论文对FNA法进行了详细的阐述。本文首先介绍网壳结构的减震研究现状,研究了不同阻尼器的结构减震原理和计算模型;其次,在双层柱面网壳静动力研究的基础上,根据双层柱面网壳的自身特点,提出了一种用粘滞性阻尼杆替换网壳中某些杆件的被动控制策略。在此基础上,首先对模型进行了模态分析,从模态分析结果可以看出结构的第一振型为平动振型,结构不发生明显的扭转变形;从质量参与系数的角度分析,结构满足规范要求。通过对双层柱面网壳附加粘滞阻尼器和替换粘滞阻尼器两种方式进行了减震比较,说明采用替换方式会起到比较好的减震效果。因此对不同的阻尼杆替换位置、数量、不同阻尼杆阻尼系数、不同地震波以及不同的阻尼指数的减震效果进行了分析;采取减震措施时应使工程即满足要求又经济。本文的研究证明了阻尼器减震的有效性,为以后进行更深入的减震理论和试验研究提供了有效的经验和数据。
索楠[3]2013年在《不同支承条件下双层柱面网壳结构动力性能研究》文中研究指明双层柱面网壳结构是一种颇受国内外关注且有广阔发展前景的大跨度空间结构，而且国内学者在结构静、动力性能及抗震设计的研究领域取得了丰硕成果。但是，关于网壳结构在不同支承条件下动力性能方面的研究还不完善，特别是独立柱支承网壳结构地震反应方面的研究还不够。在现实工程中，网壳结构支承在钢柱上时，地震作用通过支承结构传给上部网壳屋盖，若不考虑下部支承结构刚度的影响，将会与实际情况产生较大的偏差。因此，对考虑不同支承条件下网壳结构在地震作用下的动力分析的研究有着重要意义。本文以青岛海上嘉年华门厅工程为背景，通过有限元分析软件SAP2000研究了双层正放四角锥形柱面网壳结构在不同的支座类型及支承刚度条件下对结构静、动力性能及地震反应的影响。首先，分析了双层柱面网壳结构在不同的支座类型及不同支承刚度条件下的静力性能，并在支座反力、杆件内力、节点位移方面与独立柱支承的网壳结构整体模型进行对比。其次，对四种支承条件下的网壳结构进行了模态分析，得出了不同支承条件下结构的自振频率及其对应振型，分析比较了网壳结构在不同支承条件下自振特性方面的差异。总结了网壳结构自振频率随支承刚度变化的规律，指出了利用弹性支座模型代替独立柱支承模型分析的关键因素。研究了网壳结构在不同支承条件下，矢跨比对结构基频的影响程度，得出对设计有参考价值的结论。最后，对独立柱支承的网壳结构在6、7、8度多遇地震作用下进行振型分解反应谱分析，采用时程法对8度多遇地震进行补充分析，并比较了反应谱法与时程分析法计算结果的异同，同时和网壳结构的静力结果进行对比总结。
孙桐海[4]2018年在《中大震下双层柱面网壳的倒塌机理及抗震设计方法研究》文中指出双层柱面网壳是一种结构性能和经济性均优良的空间网格结构形式。近年来随着国家环保措施的加强,双层柱面网壳被广泛用于大跨度干煤棚,其建设数量和规模均迅速增加。已有研究发现,仅通过小震弹性验算的大跨度双层柱面网壳在中、大震作用下存在倒塌的可能。本文对此类大跨度双层柱面网壳的弹塑性地震响应特点、倒塌机理以及如何实现“大震不倒”设防目标等问题进行了研究。论文的主要内容及结论如下:1.基于工程调研,本文选取了 7个不同长度、厚度及支承方式的100m跨度双层柱·面网壳模型为分析对象,且各模型的杆件截面首先按非抗震设计工况下的满应力原则优化确定。进一步进行7、8度小震下的结构分析,发现各模型中所有杆件均处于弹性,表明此类网壳结构的杆件截面并不会因小震验算而进行调整。2.对双层柱面网壳模型进行弹性反应谱法分析,发现距支座约1/4跨度处的杆件在非抗震设计工况与中、大震验算工况的最不利内力间存在较大差异,这是该处形成薄弱区域的主要原因。此外,该薄弱区域各类杆件的地震内力与地震动分量及振型密切相关,其中弦杆内力由跨度方向的地震动分量及首阶沿跨度方向的水平振型提供绝对贡献,腹杆内力则由纵向地震动分量及首阶沿纵向的水平振型提供绝对贡献。3.进行7度大震和8度中、大震下的弹塑性时程分析,发现各模型塑性发展直至倒塌的特征总体相同,均为薄弱区域部分腹杆先形成沿网壳纵向的受压屈曲带,而后因内力重分布进一步在网壳中形成新的屈曲带,最终致使该类柱面网壳在跨度方向形成机构而倒塌。4.分别采用“中震弹性设计”和降低杆件长细比限值两种措施对所有双层柱面网壳模型进行加强,然后再进行大震下的结构弹塑性动力分析。结果发现,两种措施对双层柱面网壳的加强效果非常有限,加强后的结构依然不能满足“大震不倒”的抗震设防目标。5.以对薄弱区域杆件地震响应起主要贡献的模态为对象,采用放大这些模态地震内力的方法来针对性地加强薄弱区域杆件。对各网壳进行弹塑性时程分析后发现,对应于7、8度设防,如果杆件截面能分别通过约6.0和8.0倍的基准(小震下的)模态力的验算,便可实现网壳“大震不倒”,且用钢量与非抗震设计的结构相比增幅分别不超过3%和 23%。
李玉杰[5]2011年在《双层柱面网壳结构消能减震参数敏感性分析》文中进行了进一步梳理本文以双层柱面网壳为研究对象,研究了粘滞阻尼器对该类结构的减震作用,进行了一系列消能减震参数分析,总结了影响减震效果的主要参数及其影响规律,为以后进行更深入的减震理论和试验研究提供了有效数据。本文主要研究内容和成果如下:首先介绍了消能减震技术理论及其在网壳结构中的应用现状,选用粘滞阻尼器作为消能减震构件。阐述了粘滞阻尼器的基本构造、影响因素、计算模型及减震原理;简述了消能减震结构基于性能的抗震设计原则,提出抗震设计的具体步骤。通过分析比较,说明时程分析法能很好的用于大跨度空间结构的减震分析,并考虑结构的局部非线性,最终选用时程分析法中适合结构局部非线性分析的快速非线性分析(FNA)方法对结构进行动力分析;用MST建立双层柱面网壳结构的几何模型,通过有限元软件SAP对其进行三向地震波作用下的时程分析,根据结构的动力响应特点,提出一种采用粘滞阻尼器的减震方案,将阻尼器布置在结构节点相对位移较大处,替换相应位置的部分横向下弦杆件,并采用间隔布置方式。对该布置方案下的结构进行减震效果分析,说明粘滞阻尼器在布置合理的情况下能对双层柱面网壳起到良好的减震效果;在减震方案确定的基础上,对不同消能减震参数下的双层柱面网壳进行动力分析,研究参数变化对减震效果的影响,结果表明粘滞阻尼器采用替换方式的减震效果明显好于附加方式;在结构中不是布置的阻尼器数量越多越好,存在合理的阻尼器数量;减震效果对阻尼系数和阻尼指数较敏感,从安全和经济两方面考虑,阻尼系数及阻尼指数都存在合理的取值范围,在这个范围内结构的减震效果较好;网壳的厚度、矢跨比、长度和跨度对结构的减震效果都有一定的影响,在一定范围内随着它们的变化结构不同位置的减震效果不同,但对整体的减震效果影响不大。本文最后根据消能减震参数对减震效果影响的变化规律,提出了适合中等跨度双层柱面网壳结构采用粘滞阻尼器进行消能减震的布置方案,对实际工程应用具有一定的参考意义。
王科[6]2012年在《柱状屋盖结构抗风类型与等效静风荷载研究》文中进行了进一步梳理柱状屋盖结构是一种典型的大跨屋盖形式,工程应用广泛。风荷载是该类结构设计的主要荷载之一。现行规范GB—50009中抗风设计条文给出的风荷载风振系数βz计算公式,主要是针对高层、高耸等仅考虑第一阶振型的结构形式,而对柱状盖结构没有明确给出相关规定。本文选择单层柱面网壳、双层柱面网壳以及平面拱形桁架三种柱状屋盖结构形式,研究风荷载、地震作用和结构参数在工程常用的范围内变化时,结构风振响应、地震效应和等效静风荷载的变化规律,提出供结构设计参考的风荷载确定方法。本文主要完成了以下几个方面工作：(1)完成了三种矢跨比、三种长跨比共计9个柱面屋盖的同步测压风洞实验。(2)综合考虑各参数变化时,几类常用的柱状屋盖结构的地震响应与风振响应的变化规律,结果表明：风荷载参数变化时,地震响应与风振响应均应考虑。(3)利用风振响应的三分量法的分析方法,对三类柱状屋盖结构形式进行系统化的参数分析,探讨了该类结构共振响应与背景响应比值随各参数的变化规律,分别给出了这三类结构抗风类型划分的具体划分界限。(4)基于风振响应,研究三类柱状屋盖的多目标等效静风荷载,将其分为平均风压系数和等效静风荷载脉动风压系数两部分。研究多目标等效静风荷载脉动风压系数峰值Cf(等效于规范推荐用的风振系数与体型系数乘积)随各参数的变化规律,对求得的Cf进行数据拟合,将q表示为折算频率的函数；最后得到三类柱状屋盖的Cf建议公式,供该类结构抗风设计使用。工程应用时,可以根据Cf建议公式快速准确地确定柱状屋盖的设计用风荷载标准值。
常晓霞[7]2008年在《半刚性连接网壳结构的动力分析》文中指出传统的网壳结构分析和设计都是假定其节点连接为完全刚接或理想铰接。这种理想化的假设虽然能大大简化结构的设计分析过程,但却会造成理论与实践的明显差异、结构的不安全或偏保守、经济的不合理等现象。实际上,网壳结构中的节点都具有一定的刚度,并且介于理想铰接和刚接之间,即半刚性连接。针对目前的实际应用情况,本文分别对节点为刚性连接、半刚性连接、理想铰接的双层球面和柱面网壳结构进行计算比较分析,从而揭示半刚接网壳结构的动力特性。本文先回顾了网壳结构和半刚性节点的研究成果以及网壳结构抗震分析方面的理论研究成果,总结了已经应用的半刚性分析的方法和原理:然后,本文选择合适的梁单元刚度方程,此单元是在引入基本假定的基础上通过在杆端引入虚拟的螺旋弹簧模拟柔性连接,再由严格的数学方法推导得到了杆系结构的统一计算模型,当该模型中的有关参数取特殊值时可直接得到理想铰接的模型或刚性连接的模型。文章并在此基础上编写了计算网壳结构动力性能的UEL程序。本文的主要工作是:选用半刚性节点模型,利用有限元方法对球面网壳结构进行动力分析。选择半刚性连接形式下的单元刚度矩阵,通过求解特征值问题,得到半刚性球面和柱面网壳结构的自振特性规律,并与理想刚接及理想铰接情形进行对比。采用时程分析法对所选网壳结构进行了水平地震作用下的分析计算,比较了半刚性节点模型所得结果与理想刚接及理想铰情形的异同,说明使用半刚性模型进行结构计算分析的合理性,论文结论对网壳结构的工程设计及施工有一定的参考价值。
甄晓慧[8]2012年在《BRB在双层柱面网壳结构中的减震分析》文中进行了进一步梳理网壳结构是空间结构的重要类型之一,它是以曲面形式改变其结构的受力,实现大跨度需要,成为近年来比较受青睐的结构体系。防屈曲支撑(Bucking-Restrained Brace,简称BRB)是一种新型的软钢阻尼器,它在受拉与受压时均能达到屈服而不发生屈曲,具有较高的刚度和良好的滞回性能,因此,在强震时具有更强更稳定的耗能能力。而且它设计灵活、更换方便,已在国内外得到广泛的应用。本文依据国内外已有关于防屈曲支撑的基本力学性能的研究成果,提出将防屈曲支撑这种耗能元件应用到大跨空间结构双层柱而网壳的减震控制中,并利用有限元软件SAP2000对BRB在双层柱面网壳结构中的减震效果进行分析。本文以跨度30m,长度42m的正放四角锥柱面网壳为例,运用有限元软件SAP2000对其进行模态分析及力学性能分析,并根据网壳内力分布规律和防屈曲支撑的特点,确定防屈曲支撑在双层柱面网壳中的布置方案。在E1-Centro波和Taft波作用下对替换不同位置和不同数量的防屈曲支撑在双层柱面网壳结构中的4种布置方案进行动力时程分析。通过对比,得出各个方案下的位移和轴力减震率,发现替换不同位置和不同数量的支撑对双层柱面网壳的减震都有一定的效果。
王雪生[9]2002年在《网壳结构多维多点非平稳随机地震响应分析研究》文中研究指明本文对网壳结构多维多点非平稳随机地震响应进行了研究。首先，对已有的多维地震反应分析方法进行了归纳总结。在此基础上，发展了多维随机虚拟激励算法的理论，推导出了考虑多点、非平稳输入时多维虚拟激励法的计算公式。此法计算结果自动包含了振型间及各输入分量间的相关项，理论上是随机振动方程的精确解法，且与传统方法相比可大大减少计算量，非常适合分析大型网壳这种自振频率密集结构的随机地震响应。同时，对多维分析中的地震输入参数进行了系统研究。以最新发布的《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)为基础，提出了地震动随机模型参数的取值。此外，对考虑多点问题时地震波视波速的取值方法提出了建议。基于以上研究，编制了相应的计算机程序。该程序可高效地对大型网壳进行多维随机响应分析，并可精确考虑行波效应和地震激励的非平稳性，其实用性很强。之后，对双层及单层柱面网壳的随机地震反应进行了详细分析。通过比较平稳反应与非平稳反应的关系、多维反应与单维反应的差异等，得了许多有用的结论，并对不同参数变化时网壳地震反应的规律进行了总结。在最后一章，本文研究了多维抗震分析的反应谱法。通过等效原则提出了多维反应谱组合公式，并验证了公式的有效性。本论文研究成果丰富了结构多维抗震理论，而且为实际工程设计提供了有价值的参考。
高永林[10]2007年在《单层柱面网壳结构动力性能分析》文中研究表明众所周知,现在大跨结构中,网壳结构相对于其他空间结构,由于其力学的合理性与生产的经济性很好的结合到了一起,加工可以标准化、规格化;其轻型化的特征为材料运输、安装施工等带来了极大方便;设计手段方法相对于其他空间结构都已比较成熟,这些都决定了网壳结构相对于其他空间结构应用更多,更广。目前关于网壳结构的静力稳定问题已经得到了很好解决,然而针对其动力性能研究还不完善,对其抗震性能的研究还不够,特别是单层柱面网壳。基于此类原因,本文在大量数值分析的基础上,对单层柱面网壳的自振特性以及其抗震性能进行了一定研究。首先,在查阅大量国内外相关文献资料的基础上,简单回顾了网壳结构的发展、国内外研究现状及其在工程实践中的应用情况;简介了本文的单层柱面网壳结构的课题背景、国内外研究现状及工程应用情况,并明确了本文的主要研究内容。其次,介绍了单层柱面网壳结构的有限元基本方程及非线性方程组求解方法。以及简单介绍了ANSYS分析软件特点以及其中各单元特性。概括了现有成熟的单层柱面网壳静力特性。为后继分析结构的动力性能,奠定基础。接着,采用结构动力学理论以及子空间迭代法对单层柱面网壳结构进行自振特性分析,了解了单层柱面网壳结构各阶频率及对应的振型以及结构各向刚度分布的情况,掌握了单层柱面网壳结构的基本白振特性。研究了矢跨比、屋面质量、长跨比、跨度等不同参数对单层柱面网壳结构自振特性的影响,分析了单层柱面网壳结构的频率和对应的振型在不同参数下的变化情况以及其质量和刚度是否匹配的问题。然后,利用空间多维地震振型分解反应谱法研究了单层柱面网壳结构在多遇地震下的抗震性能问题,分析了单层柱面网壳结构节点的位移时程曲线。主要采用时间历程分析法对单层柱面网壳结构进行动力分析,并讨论和分析矢跨比、屋面质量、长跨比、跨度等对单层柱面网壳结构各方向动内力的影响以及结构的动内力和动位移在不同参数下的变化情况。通过对单层柱面网壳结构体系在地震作用下的受力性能作了较深入的研究,从而得出一些有益于结构设计的结论。最后,在对单层柱面网壳结构进行系统研究和分析的基础上,对该结构的动力性能做出了评定,并对全文的研究工作进行了总结,对需要改进之处以及今后须进一步开展的研究工作提出了建议。
参考文献：
[1]. 三心圆柱面网壳弹塑性地震响应及失效模式分析[D]. 李骁然. 浙江大学. 2015
[2]. 双层柱面网壳结构的消能减震研究[D]. 冯雷明. 河北农业大学. 2008
[3]. 不同支承条件下双层柱面网壳结构动力性能研究[D]. 索楠. 青岛理工大学. 2013
[4]. 中大震下双层柱面网壳的倒塌机理及抗震设计方法研究[D]. 孙桐海. 浙江大学. 2018
[5]. 双层柱面网壳结构消能减震参数敏感性分析[D]. 李玉杰. 河北农业大学. 2011
[6]. 柱状屋盖结构抗风类型与等效静风荷载研究[D]. 王科. 北京交通大学. 2012
[7]. 半刚性连接网壳结构的动力分析[D]. 常晓霞. 广东工业大学. 2008
[8]. BRB在双层柱面网壳结构中的减震分析[D]. 甄晓慧. 河北工程大学. 2012
[9]. 网壳结构多维多点非平稳随机地震响应分析研究[D]. 王雪生. 北京工业大学. 2002
[10]. 单层柱面网壳结构动力性能分析[D]. 高永林. 昆明理工大学. 2007
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