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。     

简谐荷载下单层球面网壳动力失效机理研究

以具有实际工程意义的40m跨度K8型单层球面网壳为研究对象,采用ANSYS程序的Pipe20单元,考察不同矢跨比网壳在不同频率的简谐荷载作用下,随着荷载幅值的逐渐增大,其宏观和微观响应的变化,详细阐述了2类破坏行为的规律,并通过一定规模的参数分析,给出单层球面网壳动力强度破坏判别准则.     

单层连方型球面网壳与下部支承结构协同工作的强震失效研究

基于ABAQUS有限元分析,研究了单层连方型球面网壳结构在90种工况下的3种失效模式:弱支承结构失效模式、强支承结构失效模式和中等支承结构失效模式。不同失效模式下结构所能承受的极限加速度有较大差别。结构处于弱支承或强支承状态时失效极限荷载较低,处于中等支承时失效荷载较高;在由弱或强支承向中等支承过渡的区间,结构的失效荷载呈现逐渐增加的趋势。当上下部结构刚度比较匹配时,二者才能充分发挥抗震性能,同时结构的极限承载力也会相对较高。下支承柱刚度是影响结构失效模式和极限荷载的主要因素之一,研究结果表明,随着支承刚度的增加,结构极限荷载呈先增加后减小的趋势。随着屋面等效荷载的增加,结构的极限承载力将会降低,在地震中更容易发生破坏。     

凯威特K8型单层球面网壳结构稳定分析

以70 m跨凯威特K8型单层球面网壳为研究对象,采用ANSYS建立计算模型并进行稳定分析,得到关于网壳稳定安全系数,不同位置计算长度系数以及考虑材料非线性和几何非线性的网壳极限承载力,为工程结构设计提供理论依据。     

单层球面网壳在地震下的响应特性与失效机理

针对单层球面网壳在地震作用下的响应进行了大量算例分析,探讨了结构失效特点,从宏观和微观综合多项指标给出结构强震失效的判别方法。在频域响应分析的基础上阐述了网壳结构动力作用的特点,总结了单层球面网壳的地震下的破坏特征及失效机理。     

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。     

摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的隔震分析

将摩擦摆支座（FPS）应用于单层球面网壳结构的隔震，给出了隔震网壳结构的运动方程。通过对比分析不同强度地震动输入条件下的结构动力响应特征，考察了FPS支座应用于网壳结构隔震的有效性和适用性。研究结果表明，在不同强度的地震动作用下，隔震结构的节点加速度峰值和杆件轴力峰值都得到了有效控制，且地震动强度越大，控制效果越好。     

地震作用下单层球面网壳结构的动力稳定性

本文以具有实际工种意义的40m跨度K8型单层球面网壳结构为研究对象，研究了其在地震作用下的动力失稳特点，提出了动力稳定性判别方法。系统分析了各种因素对网壳结构动力稳定性临界荷载的影响，其中包括：水平地震作用、竖向地震作用和三向地震作用的影响；考虑材料弹塑性的影响；不同地震输入的影响；初始几何缺陷的影响；不同矢跨比和不同杆件截面的影响。     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

双层球面网壳动力失效分析及地震损失评估

双层球面网壳结构是一种缺陷敏感型结构,影响结构动力失效的初始缺陷主要有杆件的初弯曲、杆件的残余应力和结构节点的初始安装偏差3种。本文首先利用有限元软件ANSYS的二次开发功能开发了可以考虑初始弯曲和残余应力的杆单元,接着利用动力增量法(IDA)系统地研究了这3种缺陷对结构动力失效的影响,最后总结提出了考虑缺陷的双层球面网壳结构的抗震损失评估方法。     

冲击载荷下锚杆-围岩结构冲击失效机制的数值分析

针对冲击地压造成大量锚杆支护结构破坏问题,采用动力数值计算方法,研究冲击载荷作用下锚杆-围岩的动力耦合作用与破坏机制。结果表明:(1)冲击载荷作用下锚杆与围岩振动存在明显的"时差效应",导致锚杆与围岩非同步振动,致使锚固剂承受动态剪切作用。随着锚固长度的增加锚杆与围岩的振动呈同步趋势,削弱了振动"时差效应"引起的锚固剂剪切作用,有效避免锚杆的脱粘滑移失效;(2)随着冲击速度的增大,"时差效应"导致锚杆锚固剂承受动态剪切作用被覆盖,锚杆的破坏失效模式由脱粘或杆体屈服断裂转变为锚杆与围岩统一破坏模式;(3)当冲击载荷频率接近锚固围岩体固有频率时,冲击载荷引起锚杆与围岩共振,锚杆与围岩同步振动速度幅值显著增大,可在相对较低的冲击速度下造成锚杆与围岩整体失效。远离锚固围岩体的固有频率对锚杆-围岩动力相互作用影响较小。     

强震下四边钢柱支承单层柱面网壳弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某体育练习馆（钢柱周边支承单层柱面网壳）整体结构进行了强震下弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征和结构的整体变形与失效形态,并评定了整体结构在强震下的极限承载力与失效类型。结果表明：该结构在强震下的失效界限地震加速度峰值为1260gal,最大竖向变形为短向跨度的1/163,满足＂避难与救灾建筑结构＂的抗震性能设防要求;结构的失效类型为动力失稳破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件较少,结构塑性发展程度不充分;由整体稳定控制的单层柱面网壳在满足稳定承载力的要求下具有较大的抗震潜能。     

汽车冲击荷载下自行车桥墩的受力变形分析

为了解不同撞击力下厦门市自行车桥钢管混凝土桥墩的受力变形情况,基于美国AASHTO规范设计公式,计算小轿车、轻型汽车、中型汽车和重型汽车分别以40 kN/h、60 kN/h、80 kN/h、100 kN/h和120 kN/h不同撞击速度下对应的20个冲击荷载,并运用SAP2000有限元软件建立自行车高架桥三维模型进行模拟分析,结果表明:桥墩受小轿车和轻型货车冲击荷载作用时桥墩总体仍处于弹性状态;当中型货车以≥100 km/h、重型货车以100 km/h撞击时,桥墩局部进入塑性状态且最大塑性转角分别为0.28×10~(-3) rad和0.64×10~(-3) rad,但整体塑性变形在可控范围内;当重型货车以120 km/h撞击时,桥墩较大范围进入塑性阶段且很可能会直接影响桥梁的正常使用功能。     

强震区岩体地震动力破坏特征

岩体的地震动力破坏是岩体动力学的重要组成部分,但研究较少.本文分析了缺乏研究的原因;将岩体地震动力破坏划分为6种形式即:滑坡、崩塌、剥落、塌陷、地裂缝和岩体松动,其中岩体松动是震后产生次生地质灾害的重要原因;按照动力作用方式、岩体地震动力破坏的应力状态和破坏机制对岩体地震动力破坏进行分类,并探讨了地震滑坡和非地震滑坡的区别;讨论了岩体地震动力破坏的5个特点:不均匀性、重复性、丛集性、结构控制性和广泛性.     

钢框架厂房火灾后的破坏形态

端部约束不同的构件在火灾中的破坏形态不同,研究整体结构构件在火灾中的破坏形态,可以为钢结构抗火研究与设计提供依据。某钢结构框架厂房发生火灾,大火历时3个多小时,火场最高温度达1000°C以上。火灾后,框架梁均有不同程度的破坏,钢梁端部下翼缘屈曲破坏较普遍;由于钢梁顶没有设置抗剪键,钢梁与顶部的混凝土现浇楼板脱开,火灾后残留有较大的挠屈变形;钢柱在火灾后未有明显的破坏现象,但有侧向变形产生。这些现象与实验室中标准试验的结果不同。     

Research on mode localization of reticulated shell structures

Reticulated shell structures (RSSs) are characterized as cyclically periodic structures. Mistuning of RSSs will induce structural mode localization. Mode localization has the following two features: some modal vectors of the structure change remarkably when the values of its physical parameters (mass or stiffness) have a slight change; and the vibration of some modes is mainly restricted in some local areas of the structure. In this paper, two quantitative assessment indexes are introduced that correspond to these two features. The first feature is studied through a numerical example of a RSS, and its induced causes are analyzed by using the perturbation theory. The analysis showed that internally, mode localization is closely related to structural frequencies and externally, slight changes of the physical parameters of the structure cause instability to the RSS. A scaled model experiment to examine mode localization was carried out on a Kiewit single-layer spherical RSS, and both features of mode localization are studied. Eight tests that measured the changes of the physical parameters were carried out in the experiment. Since many modes make their contribution in structural dynamic response, six strong vibration modes were tested at random in the experimental analysis. The change and localization of the six modes are analyzed for each test. The results show that slight changes to the physical parameters are likely to induce remarkable changes and localization of some modal vectors in the RSSs.     

Failure of double friction pendulum bearings under pulse‐type motions

Although the behavior of friction sliding bearings is well understood, the failure behavior has not been thoroughly investigated. However, predicting and understanding the failure of bearings is an important key in designing isolated structures to minimize their collapse in extreme events, and thus, this study is critical. Because of its relative simplicity and particular availability in certain markets, the failure of the double friction pendulum (DFP) bearing at its physical displacement limit is investigated. The bearing is modeled with a rigid body model including inertia for each of the bearing components. A nonlinear viscoelastic impact model is included to simulate the impact between bearing components. As isolation systems are particularly vulnerable to long‐period excitations, analytical pulses are used as input excitations to investigate the influences of pulse parameters on the failure of DFP. The influences of DFP design parameters are investigated as well. To confirm that the response to the analytical pulses correctly represents the behavior under long‐period ground motions, wavelet analysis to is performed on 14 pairs of pulse‐type ground motion records to extract their pulses, and the failure prediction made from the extracted analytical pulse is compared with the failure from the real ground motions. It is found that using the extracted pulses provides a good estimation for the failure prediction of the ground motions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同变形失稳模式下隧道围岩稳定性判据研究的进展

计算机模拟隧道围岩失稳研究的困难在于失稳模型不清楚、失稳判据不明确。本文综合分析了目前国内外应用的隧道稳定性判别方法,总结了不同变形失稳机制下的计算模型及其量化的破坏判据,分析了各种方法的研究进展和存在局限,为围岩稳定性数值模拟提供快速、合理、可操作的判据。     

地震作用下非贯通节理岩体斜坡破坏的物理模型试验研究

地震作用下高斜坡破坏的发生发展过程比较短暂、剧烈,破坏机理相对复杂。本文采用模型试验的方法来研究地震作用下非贯通节理岩体斜坡的反应。试验结果表明:节理上的应变最大,模型上部应变大于下部应变;节理贯通机理复杂,多为拉剪复合型破坏;节理的贯通并不意味着斜坡的破坏,而是破坏了斜坡的整体性,使其处于临界状态。试验揭示了此类斜坡在地震作用下的动力响应及破坏机理,可为理论和工程实践应用提供有益的参考和指导。