強震作用下單層網(wǎng)殼構(gòu)件內(nèi)力響應(yīng)規(guī)律及基于CVGM模型的連續(xù)性倒塌分析.pdf

1、大跨空間結(jié)構(gòu)動力災(zāi)變過程的精細化數(shù)值模擬應(yīng)基于系統(tǒng)化、精細化的建模理論及數(shù)值實現(xiàn)方法，考慮復(fù)雜受力狀態(tài)下材料、構(gòu)件損傷非線性本構(gòu)關(guān)系，多層次、多尺度實現(xiàn)結(jié)構(gòu)動力破壞機理及倒塌機制研究。而目前針對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)圓鋼管、球節(jié)點構(gòu)件滯回特性的數(shù)值模擬和試驗研究尚缺乏精確、量化的軸力與彎矩的加載制度;對強震作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和倒塌分析，極少考慮材料、構(gòu)件損傷非線性本構(gòu)關(guān)系。因此，從構(gòu)件層面，有必要對地震作用下網(wǎng)殼桿件內(nèi)力響應(yīng)規(guī)律進行分析;從結(jié)構(gòu)

2、層面，需建立精細化有限元模型并考慮材料、構(gòu)件或節(jié)點損傷斷裂的影響，實現(xiàn)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力破壞模式及倒塌機理的深入研究。
　　本文分別從構(gòu)件和結(jié)構(gòu)兩個層面，對單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力響應(yīng)規(guī)律及基于精細化數(shù)值模擬方法的連續(xù)性倒塌分析技術(shù)進行了研究。具體工作如下:
　　(1)考慮到單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)有正、負高斯曲率之分，分別選取單層球面網(wǎng)殼和單層鞍形網(wǎng)殼為研究對象，對地震作用下桿件的內(nèi)力響應(yīng)規(guī)律進行分析，探討了結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)等因素的影響，確定了構(gòu)

3、件的初始軸壓比、軸力幅值變化范圍、軸力與彎矩響應(yīng)頻率關(guān)系。結(jié)果表明，地震作用下，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件的軸力幅值、軸力與彎矩響應(yīng)的頻率關(guān)系變化明顯，進行其抗震性能研究時應(yīng)考慮變軸力影響。
　　(2)對比單層網(wǎng)殼分析中廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)梁單元模型，建立了細化構(gòu)件變形、考慮節(jié)點剛度的精細化全殼單元模型，實現(xiàn)了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)幾何模型層面的精細化非線性動力時程分析。以單層鞍殼為例，梁、殼單元模型自振特性及彈性階段響應(yīng)較為接近，但強震作用下精細化殼單元模型的響

4、應(yīng)明顯大于傳統(tǒng)梁單元模型，殼單元模型能夠更真實地反映構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的塑性性能。
　　(3)在全殼單元幾何精細化模型中，設(shè)置精準的混合強化材料本構(gòu)關(guān)系，引入鋼材的循環(huán)空穴增長(CVGM)微觀斷裂預(yù)測理論，結(jié)合生死單元技術(shù)，利用Fortran語言編譯了VUSDFLD斷裂模擬子程序，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)建立了基于材料本構(gòu)層面的精細化數(shù)值分析方法，實現(xiàn)了桿件、節(jié)點斷裂及結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌過程模擬。對比前人已經(jīng)試驗驗證的研究成果，證明了本文編譯子程序?qū)︿摬?/p>