基于響應(yīng)面法的單層球殼簡(jiǎn)單動(dòng)荷載下破壞形式的預(yù)測(cè).pdf

1、單層球面網(wǎng)殼在簡(jiǎn)單動(dòng)荷載、地震作用下破壞機(jī)理研究是目前土木工程領(lǐng)域重要研究課題之一，判定單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效模式一直是該類研究的重點(diǎn)，目的在于指導(dǎo)設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)失穩(wěn)類無(wú)征兆的破壞，因此預(yù)測(cè)單層球殼在己知荷載激勵(lì)下的破壞形式既具有理論的必要性，也具有實(shí)際工程價(jià)值。但單層球殼是高次超靜定結(jié)構(gòu)，在動(dòng)荷載作用下破壞過(guò)程復(fù)雜，預(yù)測(cè)破壞形式一直是該類研究的難點(diǎn)。本文通過(guò)響應(yīng)面法，利用兩種破壞形式--強(qiáng)度破壞和動(dòng)力失穩(wěn)在全過(guò)程曲線形式上的顯著不同，

2、計(jì)算極限荷載P<,cr>和P<,cr>/2處的可靠指標(biāo)β<,1>和β<,2>，進(jìn)而提出破壞指標(biāo)K<,β>(K<,β>=β<,1>/β<,2>)的概念，統(tǒng)計(jì)分析得出K<,β>和破壞形式之間的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)討論了預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單動(dòng)荷載下單層球殼破壞形式的原則，設(shè)計(jì)了預(yù)測(cè)流程。最終從結(jié)構(gòu)可靠度層面預(yù)測(cè)了單層球殼在簡(jiǎn)單動(dòng)荷載下的破壞形式，獲得了良好的效果。其預(yù)測(cè)方法具有較好的適應(yīng)性，值得推廣應(yīng)用。同時(shí)本文的研究方法--響應(yīng)面法、預(yù)測(cè)思路等也值得其

3、他類似研究借鑒。 為了預(yù)測(cè)一個(gè)單層球殼結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)單動(dòng)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(jié)構(gòu)為例，同時(shí)考慮幾何非線性與材料非線性，對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)諧荷載、階躍荷載下破壞形式的分析，利用響應(yīng)面法計(jì)算了不同幅值下單層球殼的可靠指標(biāo)的比值K<,β>，總結(jié)了動(dòng)力失穩(wěn)、強(qiáng)度破壞在這一指標(biāo)上的規(guī)律，據(jù)此制定了合理的預(yù)測(cè)流程和預(yù)測(cè)方法，最終能夠預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的破壞形式，達(dá)到指導(dǎo)、修正設(shè)計(jì)，避免損失的目

4、的。本文在研究過(guò)程中獲得了以下的研究成果： 1.響應(yīng)面法是解決大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠度問(wèn)題的重要方法。本文針對(duì)特定的研究對(duì)象單層球殼結(jié)構(gòu)，對(duì)動(dòng)力問(wèn)題中響應(yīng)面法交叉項(xiàng)的取舍進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)利用位移控制建立極限狀態(tài)方程時(shí)，當(dāng)[u]≤2U<,max>(U<,max>為時(shí)程中節(jié)點(diǎn)最大位移)時(shí)，不必考慮交叉項(xiàng)影響；當(dāng)[u]>2U<,max>，則有必要考慮交叉項(xiàng)的影響； 2.計(jì)算極限荷載P<,cr>和P<,cr>/2下的可靠指標(biāo)β<,1>

5、和β<,2>，定義破壞指標(biāo)K<,β>=β<,1>/β<,2>。通過(guò)大量單層球殼在均布水平、豎向的簡(jiǎn)諧、階躍荷載下破壞指標(biāo)K<,β>的結(jié)果統(tǒng)計(jì)，建立了其與破壞類型的定量關(guān)系：對(duì)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(biāo)建立失效方程。當(dāng)破壞指標(biāo)K<,β><4時(shí)，結(jié)構(gòu)破壞形式為動(dòng)力失穩(wěn)；K<,β>>7時(shí)，結(jié)構(gòu)為強(qiáng)度破壞。當(dāng)K<,β>在4～7之間，可以認(rèn)為破壞類型處于中間狀態(tài)； 3.詳細(xì)討論了預(yù)測(cè)方

6、法中選取兩級(jí)判別點(diǎn)的4個(gè)基本原則，設(shè)計(jì)了預(yù)測(cè)流程。對(duì)40m、50m跨、矢跨比1/5、1/7的單層球殼結(jié)構(gòu)在不同激勵(lì)頻率的水平、豎向簡(jiǎn)諧荷載和不同持時(shí)的水平、豎向階躍荷載下進(jìn)行破壞形式的預(yù)測(cè)，并同全過(guò)程時(shí)程響應(yīng)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。大量算例表明：該方法可以避免大量的時(shí)程試算；在判別點(diǎn)的選取上有理論根據(jù)；以可靠度理論為基礎(chǔ)，能夠客觀反應(yīng)結(jié)構(gòu)破壞狀況，能夠獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于： 1．對(duì)響應(yīng)面法交叉項(xiàng)進(jìn)行了研究，針