大跨網絡結構倒塌模式與多維隔減震控制研究.pdf

1、自二十世紀初空間網格結構誕生以來，因其特有的跨越能力大、結構輕盈優(yōu)美等特點，已經發(fā)展成為大型結構工程中重要的結構形式。然而，此類結構常用于人群密集的公共設施建設，如火車站、體育館等，一旦倒塌會帶來巨大的生命和財產損失。由于結構跨度大、桿件數(shù)目繁多，其在遭遇強烈荷載作用時，將發(fā)生嚴重的非線性力學行為，給結構設計師掌握此類結構的抗震性能及判定結構在特定的荷載作用下是否失效和倒塌帶來了很大的困難。
　　本文在國家自然科學基金重大研究計劃

2、“多維地震下大跨空間網格結構倒塌模式與隔減震控制研究”等基金的資助下，采用理論推導、數(shù)值計算和試驗驗證相結合的方法，系統(tǒng)研究了考慮下部支承結構與上部網格結構耦合效應的大跨空間網格結構的動力災變響應、失效機理和倒塌破壞模式，給出描述結構失效的特征指標，研究地震能量在大跨空間網格結構的網格之間的傳遞分配規(guī)律，揭示能量在系統(tǒng)中的傳遞、分布與結構的災變響應之間的內在聯(lián)系。主要研究工作和重要結論如下:
　　(1)提出了基于能量的大跨網格結構

3、彈塑性穩(wěn)定度指標
　　基于能量原理和傳統(tǒng)彈性穩(wěn)定度的概念，推導并提出了大跨網格結構彈塑性穩(wěn)定度指標，以此作為描述結構失效的特征指標。該指標可以通過一次非線性動力時程分析直接判定某特定地震荷載作用下結構是否失效，與傳統(tǒng)的通過繪制荷載幅值與結構特征響應之間的關系曲線來判定結構是否失效的增量動力分析法相比，計算量大幅減少。以經典的六角星形歌德斯克穹頂網殼為例，驗證了所提出的彈塑性穩(wěn)定度指標的合理性和正確性，說明該指標可以作為增量動力法的

4、一種輔助判定方法，判定結構是否失效。
　　(2)基于彈塑性穩(wěn)定度指標分析的某大跨雙層平板網架結構失效判定
　　以一雙層平板網架結構為研究對象，用基于能量的彈塑性能量穩(wěn)定度指標判定該網架結構是否失效，研究多維地震動作用下結構彈塑性穩(wěn)定度指標和結構強度指標、變形指標之間的聯(lián)系規(guī)律，發(fā)現(xiàn)該指標與傳統(tǒng)的由結構基于強度和變形判斷結構失穩(wěn)判斷的方法相比，對結構是否失效的判斷更加直觀，基于能量法的彈塑性能量穩(wěn)定度指標能揭示大型網格結構失效

5、的內在規(guī)律，且更加安全可靠。
　　(3)地震能量在大跨空間網格結構內部的傳遞分配規(guī)律研究
　　通過雙非線性動力時程分析，研究地震能量在大跨空間網格結構內部的傳遞分配規(guī)律，揭示系統(tǒng)中能量傳遞、分布與結構的災變響應、構件內力和損傷之間的內在聯(lián)系。
　　(4)研究大跨結構多維隔減震裝置的減震效果
　　基于大跨空間網格結構多維隔減震裝置(已獲國家發(fā)明專利，授權號:ZL200610097219.3)的性能試驗與理論研究，建

6、立了安裝多維隔減震裝置的大跨空間網格結構模型和分析方法，進行受控大跨空間網格結構在多維地震下的動力災變分析、損傷過程和失效機理研究，分析了多維隔減震裝置對大跨空間網格結構多維抗震能力的影響，證明了用該裝置對結構失效、倒塌進行控制的合理性和可行性。
　　(5)進行安裝與未安裝多維隔減震裝置的大跨網格結構地震模擬振動臺試驗
　　對安裝與未安裝多維隔減震裝置的大跨空間網格結構進行振動臺試驗，考察多條不同激勵幅值地震波對大跨空間網格

7、結構動力特性和災變響應的影響，驗證裝置對大跨空間網格結構多維抗震能力的實際提高程度，驗證所提的受控大跨空間網格結構的計算模型和災變響應分析方法的合理性。
　　本文的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在:
　　(1)提出了基于能量的彈塑性穩(wěn)定度指標，以此作為判定結構失效與否的特征指標。
　　(2)研究地震能量在雙層平板網架結構內部的傳遞分配規(guī)律，揭示能量傳遞、分布與結構的災變響應、構件內力和損傷之間的內在聯(lián)系。
　　(3)對安裝與未安