沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失效機理研究.pdf

1、隨著大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在重要大型公共建筑中的不斷應(yīng)用，人們開始考慮網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊、爆炸等偶然荷載下的性能。而盡管沖擊荷載屬于偶然荷載，近年來由于恐怖襲擊等原因，發(fā)生概率不斷增加；最為典型的是9.11事件，世貿(mào)雙塔的設(shè)計代表了當(dāng)代先進的設(shè)計水平，甚至曾考慮過Boeing707的撞擊作用，但撞擊及其并發(fā)作用仍然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌。此外，上世紀(jì)八十年代，一架輕型飛機墜入巴西圣保羅展覽中心屋頂網(wǎng)架，也證明了飛行物撞擊大跨結(jié)構(gòu)的可能性。而目前國內(nèi)外結(jié)構(gòu)

2、抗沖擊的研究卻比較滯后，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)的分析方法、失效模式及失效機理等許多問題亟待研究和解決。這些問題的研究不僅在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗沖擊研究中有著迫切的需要，而且在類似的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗沖擊研究中也幾乎處于空白階段，有著廣泛的研究前景和實際意義。鑒于上述原因，本文首先提出網(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)的失效模式及其機理進行深入系統(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

3、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
　　本文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，此外，闡述了這一分析方法的具體實施過程；
　　2.沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的

4、失效模式與機理
　　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，并分別以單層球面網(wǎng)殼和單層柱面網(wǎng)殼為例，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)；然后依據(jù)不同沖擊荷載下網(wǎng)殼的沖擊失效特點，定義了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的三類失效模式，并根據(jù)沖擊失效過程中的能量傳遞特點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)的失效機理；
　　3.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊失效規(guī)律分析
　　通過大

5、量的參數(shù)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)，然后通過變化荷載與結(jié)構(gòu)參數(shù)對沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體倒塌失效規(guī)律進行大量的參數(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 Ki

6、ewitt-6型單層球面網(wǎng)殼縮尺模型進行了系統(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三部分，通過試驗與數(shù)值結(jié)果（包括頻率、振型、沖擊力、桿件應(yīng)力與破壞形態(tài)）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)的防護設(shè)計方法及建議
　　以網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的沖擊失效機