地震作用下单层柱面网壳倒塌机理分析与试验研究

考虑材料的Bauschinger效应、杆件损伤累积效应、杆件失稳及失稳后性能以及杆件失效与杆件断裂等因素分析单层柱面网壳结构的倒塌机理,并进行了试验研究.结果表明,地震作用下单层柱面网壳结构倒塌破坏主要原因是靠近纵边支座的斜杆端部形成塑性铰数量过多,甚至局部形成机构,结构整体刚度显著降低,无法承担地震作用.试验较好地证明了理论分析所得结论的正确性.     

单层柱面网壳弹塑性地震反应特征

本文对网壳结构的弹塑性抗震性能进行了探讨。根据结构弹性有限元理论，结合网壳结构受力特点，推导出网壳结构单元的弹塑性矩阵表达式。然后对单层柱面网壳结构的弹塑性地震反应进行了具体分析，给出了节点位移和杆件应力变化规律，并讨论了矢跨比变化对网壳弹塑性性能的影响，从而揭示出这类网壳的弹塑性地震反应特点。     

节点刚度对单层柱面网壳地震响应及内力的影响分析

论文首先采用壳单元Shell163建立了单层柱面网壳模型,同时利用壳单元模拟了焊接空心球节点,并通过计算验证了模拟方法的合理性。然后,通过调节空心球节点的厚度,考察了节点刚度变化对单层柱面网壳地震响应的影响,分析结果表明,在强震作用下节点刚度变化对网壳节点响应与杆件内力的影响均较大,建议在进行此类结构的动力分析时考虑节点刚度的影响。     

地震作用下单层柱面网壳的动力稳定性能分析

以单层柱面网壳结构为研究对象,利用El-centro地震波对该类结构进行了时程地震反应分析,考察了结构的地震响应和抗震性能,研究了其在地震作用下的动力失稳特点。选取了几种几何尺寸不同的单层柱面网壳,分析了矢跨比和长跨比对单层柱面网壳动力稳定性能的影响。     

纵边落地支承单层柱面网壳强震倒塌机理及参数分析

采用基于荷载域的全过程分析方法对纵边落地支承单层柱面网壳的强震倒塌机理进行了研究.结果表明,该类型网壳呈现明显的沿跨度方向的单向受力特征,长宽比对其受力几乎没有影响;其强震倒塌具有很强的规律性,破坏类型均为动力强度破坏;矢跨比对能引起其倒塌的PGA有很大影响,但对其发展趋势并无固定的影响规律;屋面质量的增大及初始几何缺陷均会降低该类型柱面网壳的倒塌PGA,其降低程度因柱壳而异.     

SMA三维隔震复合支座单层柱面网壳结构的地震响应

大跨空间结构具有空间跨度大,结构整体刚度大、受力合理、耗材少、重量轻等优点,在世界各地应用前景非常广阔。但在强震作用下,此种结构破坏严重,经济损失惨重。震害经验与理论研究表明地震动是一种复杂的多维运动,只考虑单分量水平地震作用是不够的,还应考虑竖向地震分量对整体结构的影响。在作者研制的SMA-叠层橡胶支座的基础上,针对竖向刚度大、竖向隔震效果不明显的问题,研制一种在上部串联加入碟形弹簧的新型三维隔震支座,并建立一典型的单层柱面网壳结构模型,在输入不同峰值地震动情况下,通过时程反应分析可见,SMA三维隔震支座下结构位移、加速度峰值与普通橡胶支座对比明显降低,时程曲线趋于平缓,典型的杆件轴力也有明显降低,说明了SMA三维隔震复合支座隔震效果更好。     

单层柱面网壳的粘滞阻尼器减振分析

采用粘滞阻尼器减振系统对单层柱面网壳的减振效果进行了较为系统的分析，分别考虑了阻尼系数C0、结构自身阻尼比ζ、屋面质量和结构自身刚度对结构减振系数δ的影响，同时考察了设置阻尼器的数目以及阻尼器的位置的影响。通过较大规模参数化分析，基本了解了粘滞阻尼器减振系统在单层柱面网壳中的减振规律。     

单层鞍型网壳的抗震性能分析

采用子空间迭代法计算单层鞍型网壳的自振特性，利用圆管截面空间梁系弹塑性本构关系，用时程分析法计算单层鞍型网壳的弹塑性地震响应，通过对SDAP和ANSYS有限元程序计算结果比较分析，总结出单层鞍型网壳的自振特性、地震内力响应及地震内力系数随参数的变化规律。     

单层球面网壳结构的柱顶隔震研究

以带下部混凝土支承结构的单层联方型球面网壳为研究对象,针对工程实际中支承刚度过强的情形,提出了柱顶隔震的方法,从而改善了整体结构的抗震性能。非线性时程分析表明,多遇地震作用下LRB能在一定程度上降低支座反力,且使支座反力分布趋于均匀,降低了支座设计的要求;罕遇地震作用下LRB支座基本进入塑性状态,支座反力维持在屈服力附近,与原结构相比有大幅度的降低,支座滞回曲线饱满,同时上部网壳的塑性发展程度大大减轻,基本保持为弹性,取得了良好的减震效果。     

地震动差动作用下大跨度空间网壳结构的反应分析

选取100m跨度的双层柱面网壳结构为研究对象,采用时程分析法,分别进行了结构在单向和三向地震行波输入作用下的反应分析,并针对多种视波速情况进行了研究,考查了地震动不同输入情况下结构杆件内力的分布特点,对其进行了对比分析,为大跨网壳结构的抗震设计提供了理论依据。研究表明,考虑行波效应会使结构部分构件内力有一定程度的提高,多维地震作用比单维地震作用下结构的杆件内力大。由此得出结论：对于大跨度空间网壳结构,应该进行多维非一致输入下的地震反应分析;为保证抗震安全,应对可能出现的地面视波速进行全面分析。     

地震波作用下高压隔离开关的动力响应分析

利用试验和数值仿真的方法,对高压隔离开关的模态动力学特征及其在水平与竖向地震波作用下的动力时程响应特征进行了研究。结果表明,隔离开关的低阶共振频率与地震波较为接近,容易受到地震激励力的影响。在Ⅸ度罕遇地震烈度条件下,其瓷柱根部区域可能会因为最大弯矩超出设计要求而发生断裂失效,从而导致隔离开关设备的整体失效。经计算分析,采用安装隔振器的方法,可以降低瓷柱根部区域的最大弯矩值,从而保证结构的抗震需求。     

强震下混凝土剪力墙受弯模拟及测试实验研究

为提高混凝土剪力墙受弯性能计算的准确度,开展强震下混凝土剪力墙受弯性能试验研究。选取1个混凝土剪力墙对比试件和3个测试试件作为研究对象,对试件施加垂直荷载和水平荷载,模拟强烈地震作用力。试验前期准备工作完成后,建立分离式有限元模型,通过计算混凝土在受压和受拉状态下的损伤弹塑性刚度,完成对有限元模型中混凝土塑性损伤分析,在此基础上,计算混凝土剪力墙受弯承载力。利用有限元模型对3个测试试件进行模拟试验,结果表明,强烈地震后3个试件的荷载-位移曲线均与实际位移值接近,且混凝土剪力墙受弯承载力试验结果与实际值的误差在2%以内,表明试验研究方法具有一定的可行性,数值模拟结果较为准确。     

云南强震活动间隔时间特征研究

利用云南丰富的历史和现代强震活动资料,通过深入分析强震活动间隔时间的特点,建立了强震活动的时间预测方程tf=a+bβα.根据云南地区M≥6地震的数据,分时段、分区域拟合了时间预测方程.以该方程式模拟公元1500～2008年500余年的强震活动的时间特征均取得了比较好的效果.其次,选用云南500余年的M≥6.5地震资料,用T(M)=D(T)/N(M)定义估算强震活动的复发周期,也取得了比较好的效果.分析认为,云南地区今后几年可能进入强震活动的危险时段.     

基于实例分析的绿色钢结构抗震与环保性能研究

为优化绿色钢结构建筑的安全性能与环保性能,基于一40层框架-支撑钢结构建筑实例进行抗震性能与环保性能分析。根据实际建筑参数构建该绿色钢结构建筑剖面图,基于时程分析法记录不同地震波作用下建筑水平位移随时间变化情况,基于Pushover分析法分析方钢管混凝土组合异形柱在罕见地震中的基底剪力和弹塑性变形,基于对比实验方法验证其环保优越性,并得出以下结论：建筑的方钢管混凝土组合异形柱符合国家抗震性能要求,整体建筑的抗震性能随楼层的增加而减弱;与钢筋混凝土结构、砖混结构相比,钢结构能有效节约施工水电用量、降低施工噪声,是一种抗震性强、环保性能优的绿色建筑形式。     

单层球面网壳强震失效机理及参数影响研究

基于OpenSEES软件平台,建立了凯威特型单层球面网壳的纤维模型,通过增量动力分析方法,研究了球面网壳的塑性发展过程,判定了网壳结构的破坏类别;通过分析杆件纤维应力随时间的变化,杆件的塑性发展,以及失效杆件的位置分布,揭示单层球面网壳结构的倒塌机理。在此基础上,分析了跨度、矢跨比以及屋面质量对地震作用下单层球面网壳极限承载力的影响,可为工程设计提供参考。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

南北地震带北段强震形变异常特征与预测指标研究

利用南北地震带北段及附近地区上世纪70年代以来的区域水准、跨断层短测线和90年代以来的GPS、流动重力等监测资料,结合地质构造和监测区发生的几次6级左右及以上震例,采用定性与定量相结合的方法分析研究了与地震有关的构造形变异常的基本特征及可能的机理,初步总结了基于这些不同尺度(类型)的构造形变异常进行强震中期预测的一些指标判据。