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

1、單層球面網(wǎng)殼在簡單動荷載、地震作用下破壞機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，目的在于指導(dǎo)設(shè)計，避免出現(xiàn)失穩(wěn)類無征兆的破壞，因此預(yù)測單層球殼在己知荷載激勵下的破壞形式既具有理論的必要性，也具有實際工程價值。但單層球殼是高次超靜定結(jié)構(gòu)，在動荷載作用下破壞過程復(fù)雜，預(yù)測破壞形式一直是該類研究的難點。本文通過響應(yīng)面法，利用兩種破壞形式--強度破壞和動力失穩(wěn)在全過程曲線形式上的顯著不同，

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

3、他類似研究借鑒。 為了預(yù)測一個單層球殼結(jié)構(gòu)在簡單動荷載下的破壞形式，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，同時考慮幾何非線性與材料非線性，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行了簡諧荷載、階躍荷載下破壞形式的分析，利用響應(yīng)面法計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)了動力失穩(wěn)、強度破壞在這一指標(biāo)上的規(guī)律，據(jù)此制定了合理的預(yù)測流程和預(yù)測方法，最終能夠預(yù)測結(jié)構(gòu)的破壞形式，達到指導(dǎo)、修正設(shè)計，避免損失的目

4、的。本文在研究過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)可靠度問題的重要方法。本文針對特定的研究對象單層球殼結(jié)構(gòu)，對動力問題中響應(yīng)面法交叉項的取舍進行了研究，發(fā)現(xiàn)利用位移控制建立極限狀態(tài)方程時，當(dāng)[u]≤2U<,max>(U<,max>為時程中節(jié)點最大位移)時，不必考慮交叉項影響；當(dāng)[u]>2U<,max>，則有必要考慮交叉項的影響； 2.計算極限荷載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>。通過大量單層球殼在均布水平、豎向的簡諧、階躍荷載下破壞指標(biāo)K<,β>的結(jié)果統(tǒng)計，建立了其與破壞類型的定量關(guān)系：對于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，結(jié)構(gòu)破壞形式為動力失穩(wěn)；K<,β>>7時，結(jié)構(gòu)為強度破壞。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.詳細討論了預(yù)測方

6、法中選取兩級判別點的4個基本原則，設(shè)計了預(yù)測流程。對40m、50m跨、矢跨比1/5、1/7的單層球殼結(jié)構(gòu)在不同激勵頻率的水平、豎向簡諧荷載和不同持時的水平、豎向階躍荷載下進行破壞形式的預(yù)測，并同全過程時程響應(yīng)分析結(jié)果進行對比。大量算例表明：該方法可以避免大量的時程試算；在判別點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)測結(jié)果。 本文的創(chuàng)新點在于： 1．對響應(yīng)面法交叉項進行了研究，針