網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)震失效機(jī)理

序言

緒論

參考文獻(xiàn)

第1章網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性

1.1結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性的判別準(zhǔn)則和分析方法

1.2單層球面網(wǎng)殼在三維地震作用下的動力穩(wěn)定性

1.3在階躍荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性

1.4 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)頻譜特性及簡諧荷載作用下的動力穩(wěn)定性

1.5結(jié)語

參考文獻(xiàn)

第2章網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的兩種失效模式及其判別

2.1多重響應(yīng)的全荷載域動力時程分析方法

2.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型及參數(shù)分析方案

2.2.1有限元分析模型及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)編號

2.2.2時程分析中的基本設(shè)置

2.2.3參數(shù)分析方案

2.3兩種典型的失效模式

2.3.1動力失穩(wěn)算例

2.3.2動力強(qiáng)度破壞算例

2.4基于統(tǒng)計經(jīng)驗的失效模式判別

2.5結(jié)語

第3章網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震作用下的結(jié)構(gòu)損傷模型

3.1強(qiáng)度破壞極限荷載的討論

3.2極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)

3.2.1單層球面網(wǎng)殼

3.2.2單層柱面網(wǎng)殼

3.2.3單層鞍形網(wǎng)殼

3.3網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震損傷模型

3.3.1單層球面網(wǎng)殼

3.3.2單層柱面網(wǎng)殼

3.3.3單層鞍形網(wǎng)殼

……

第4章網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震模擬振動臺試驗

第5章鋼材考慮損傷累積的本構(gòu)模型及應(yīng)用

第6章地震空間變化性模型及對網(wǎng)殼失效影響

第7章支承結(jié)構(gòu)對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)震失效影響

附錄

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是大跨空間結(jié)構(gòu) 的一種基本形式，近30年來獲得廣泛應(yīng)用；針對這種“新穎”結(jié)構(gòu)體系的理論研究也相應(yīng)展開。單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的靜力穩(wěn)定性是設(shè)計中的關(guān)鍵問題，早期的理論研究大都圍繞這一問題展開，且取得了完整豐碩的成果，也已在設(shè)計規(guī)程中得到充分反映。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論和方法是另一個重要問題。國內(nèi)外迄今關(guān)于結(jié)構(gòu)抗震的研究大都針對多層、高層結(jié)構(gòu)，有關(guān)抗震規(guī)范的規(guī)定也基本反映這方面的成果。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地震等動力作用下的性能具有明顯的不同特點，因此需要開展更具針對性的專門研究，系統(tǒng)掌握其響應(yīng)特征和失效規(guī)律，在此基礎(chǔ)上建立起合理的抗震設(shè)計方法。經(jīng)過十余年的努力，國內(nèi)研究者基本掌握了各種網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在常遇地震下的響應(yīng)特性，并提出了可行的抗震設(shè)計方法，成果也已納入相應(yīng)的設(shè)計規(guī)程。

作者及其研究團(tuán)隊致力于更基礎(chǔ)性質(zhì)的一些抗震理論問題，如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性及在強(qiáng)震下的失效機(jī)理問題，網(wǎng)殼與下部支承結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)、地震動空間相關(guān)性對大跨度網(wǎng)殼地震響應(yīng)的影響，等等；認(rèn)為這些基礎(chǔ)性問題對于建立起更完整更合理的抗震設(shè)計理論具有重要意義。隨著非線性有限元分析方法和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，至今已完全可能更直接、更細(xì)致地考察網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜體系在地震作用下的各種宏觀和微觀的復(fù)雜響應(yīng)，并探討其變化規(guī)律，從而使對上述這些復(fù)雜的基礎(chǔ)理論問題進(jìn)行系統(tǒng)深入研究成為可能。我們?yōu)榇颂岢龇Q為“多重響應(yīng)的全荷載域動力時程分析”的分析方法，可用以考察結(jié)構(gòu)的宏觀變形狀態(tài)和內(nèi)部塑性發(fā)展、構(gòu)件損傷狀況等各種微觀響應(yīng)隨動力荷載幅值的增大而發(fā)展變化的規(guī)律，把網(wǎng)殼可能的動力失穩(wěn)和強(qiáng)度破壞聯(lián)系在一起進(jìn)行考察，建立起統(tǒng)一的研究其失效機(jī)理的理論框架。以這一方法為基礎(chǔ)，結(jié)合不同的基礎(chǔ)理論問題，針對各種類型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在其基本參數(shù)（幾何參數(shù)、構(gòu)造參數(shù)、荷載參數(shù)等）的常用范圍內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模的全荷載域響應(yīng)分析，對它們在地震作用下的響應(yīng)特征和失效規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)考察，從而使我們對上述這些基礎(chǔ)理論問題形成了較為規(guī)律性的認(rèn)識。

經(jīng)過十余年的持續(xù)努力，作者們認(rèn)為取得的成果已較為系統(tǒng)完整，形成了較為完善的理論體系；并認(rèn)為這些研究成果對實現(xiàn)“兩階段三水準(zhǔn)”設(shè)計思想中“大震不倒”這一目標(biāo)有重要意義；尤其是按照近年來基于功能的抗震設(shè)計思想，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下可能的損傷狀況及其維持不同使用功能的能力需要有更加深入和具體的了解，我們的研究對實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了可能性?；谏鲜隹紤]，特將這些研究成果總結(jié)成冊，與同行交流，并希望能為后續(xù)研究提供一定的借鑒。

作者們的許多研究生參與了課題研究及數(shù)據(jù)整理工作，正是他們的辛勤勞動為本書成稿提供了豐富的素材，我們向他們表示感謝。同時也感謝國家自然科學(xué)基金在“九五”重大項目、“十五”重點項目、重大研究計劃及一批面上項目上對本研究方向的持續(xù)資助。

最后，我們真誠歡迎讀者對本書提出寶貴意見。

作 者

2013年10月2100433B

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)震失效機(jī)理》適合于土木工程領(lǐng)域的學(xué)者、技術(shù)人員，以及高等院校相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、研究生和教師閱讀。

針對沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理與防御方法展開研究。主要內(nèi)容包括：（1）研究網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受沖擊荷載作用的精細(xì)化建模及研究方法，通過對精確化本構(gòu)模型、非線性單元類型、接觸類型、求解策略等進(jìn)行細(xì)致研究，實現(xiàn)數(shù)值模型的精確、高效求解；（2）研究沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效模式及失效機(jī)理，研究其動力失效性質(zhì)及特征，以及結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的失效準(zhǔn)則；（3）研究沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效規(guī)律，研究沖擊結(jié)束時刻的局部響應(yīng)與結(jié)構(gòu)失效模式之間的作用規(guī)律；（4）研究沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防御方法，提出合理有效的網(wǎng)殼抗沖擊的防御設(shè)計方法，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)抗沖擊防御設(shè)計。通過本項目的研究，形成沖擊荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理與防御方法研究的較完善的分析與設(shè)計理論，提升我國大跨空間結(jié)構(gòu)突發(fā)災(zāi)害防御研究水平。

首先提出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)的分析方法，然后對沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效模式及其機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，并通過大規(guī)模參數(shù)研究總結(jié)分析網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效規(guī)律，此外，通過網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)縮尺模型的沖擊試驗驗證了分析方法及分析結(jié)論的正確性，最后提出沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防護(hù)設(shè)計建議。這些內(nèi)容具體包括： 1. 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析方法 建立了實用有效的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析方法，首先確定了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)研究的特征指標(biāo)，包括荷載作用、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特征響應(yīng)兩方面內(nèi)容，然后探討了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)的分析流程，并建立了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析的精確數(shù)值計算模型； 2. 沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效模式與機(jī)理 通過大量的參數(shù)計算研究網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)特性，總結(jié)分析了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊失效的四個典型算例，詳述了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊失效的全過程及其荷載作用與結(jié)構(gòu)特征響應(yīng)；然后定義了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的三類失效模式，并將沖擊失效過程分為三階段，同時揭示了每類失效模式對應(yīng)的失效機(jī)理； 3. 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊失效規(guī)律分析 研究網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊失效規(guī)律，考察了結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)/失效模式隨網(wǎng)殼獲取的總沖擊能量的變化規(guī)律，并探討了沖擊物初動能對結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)/失效模式的影響；此外，提出用整體倒塌失效系數(shù)作為結(jié)構(gòu)抗沖擊能力的評定指標(biāo)，然后對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊整體倒塌失效規(guī)律進(jìn)行參數(shù)分析，確定了易于產(chǎn)生整體倒塌的初始沖擊條件。 4. 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊試驗研究 為驗證網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)分析方法及分析結(jié)論的正確性，對Kiewitt-6型單層球面網(wǎng)殼縮尺模型進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究，試驗內(nèi)容包括模態(tài)分析、彈性沖擊試驗與破壞性沖擊試驗，通過試驗與數(shù)值結(jié)果的對比分析，證明了本文提出的分析方法及分析結(jié)論的正確性，此外，通過對比分析探討了沖擊物初始偏轉(zhuǎn)、支座約束條件、加工誤差、阻尼力等因素對結(jié)構(gòu)最大沖擊響應(yīng)的影響原因及影響程度。 5. 沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防護(hù)設(shè)計方法及建議 以網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊失效機(jī)理與沖擊失效規(guī)律為理論基礎(chǔ)，以防止結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下出現(xiàn)整體倒塌為防護(hù)目標(biāo)，提出沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的三種防護(hù)設(shè)計方法：輕屋面、整體加強(qiáng)法和臨界位置加強(qiáng)法，并分別對三種方法的防護(hù)效果進(jìn)行對比分析；在此基礎(chǔ)上，綜合考慮防護(hù)效果與經(jīng)濟(jì)條件，提出沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的防護(hù)設(shè)計建議；與前文內(nèi)容相結(jié)合，形成了完整的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗沖擊研究的理論框架。 2100433B

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗沖擊是民用建筑抗爆/反恐的前沿理論之一，《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的破壞機(jī)理》系統(tǒng)總結(jié)了作者團(tuán)隊在該方向的研究成果。《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的破壞機(jī)理》共8章，內(nèi)容主要包括緒論、建筑Q235鋼的動態(tài)本構(gòu)模型與應(yīng)用、圓鋼管側(cè)向沖擊響應(yīng)試驗、圓鋼管側(cè)向沖擊仿真技術(shù)及參數(shù)影響規(guī)律、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的失效模式、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)規(guī)律、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型落錘沖擊試驗、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)遭受飛機(jī)撞擊效應(yīng)研究。《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的破壞機(jī)理》內(nèi)容涵蓋材料本構(gòu)、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的沖擊破壞機(jī)理三個層次，構(gòu)成了較為完整的理論研究框架。