基于“经济-效益”指标的沥青路面养护方案评价模型研究

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1、基于“经济-效益”指标的沥青路面养护方案评价模型研究//.paper.edu.cn-1-双层柱面网壳考虑初始几何缺陷下的地震反应分析王锦力，殷志祥辽宁工程技术大学土木建筑工程学院，辽宁阜新（123000）摘要：在考虑初始缺陷情况下双层柱面网壳的极限承载力，结构稳定性都有较大降低，采用有限元分析软件ADINA分别对原始模型和参考了低阶屈曲模态的初始缺陷模型进行对比分析，由于初始缺陷的影响，结构的临界荷载下降了近40%，地震激励下结构动力位移明显增大，频域内出现明显峰值，使得网壳更易发生破坏。所以在地震作用下，双层柱面网壳的初始缺陷对结构抗震性能的影响是不能忽视的。关键词：屈曲模态，初始缺陷

2、，临界荷载，时程分析，随机地震1.引言双层柱面网壳结构是曲面型的网格结构，可跨度较大空间，建筑造型优美，受力合理，兼有杆系结构和薄壳结构双重受力特性，由于工程的需要，研究人员对薄壳结构，尤其是柱壳结构研究的进一步展开，存在初始缺陷的结构失稳理论得到了发展，随着计算机的进步，国内外学者用有限元研究壳体结构的非线性跟踪，有关初始缺陷的影响也引起学者们的关注和研究。本文主要通过屈曲分析得到网壳结构的失稳模态，以此做为初始几何缺陷位置，研究双层柱面网壳在地震荷载作用下的响应，用有限元软件ADINA建模分析表明，考虑初始缺陷情况下双层柱面网壳的地震响应下其极限承载力降低，结构稳定性较差，更易出现失

3、稳破坏。2.特征值屈曲模态分析线性屈曲分析用来预测一个理想线性结构的理论屈曲强度，优点是无须进行复杂的非线性分析，即可获得结构的临界荷载和屈曲模态，并可为非线性屈曲分析提供参考荷载值[1][4]。线性屈曲分析的控制方程为([[]]){}{0}LKKσλ+Ψ=式中λ为特征值，即通常意义上的荷载因子；{Ψ}为特征位移向量；[KL]为结构的小位移(即弹性)刚度矩阵；[Kσ]参考初应力矩阵。[][][][]TKBtBduσ=∫其中[t]为相对节点位移的切线刚度矩阵；[B]为静力转换矩阵。3.Newton-Raphon增量迭代法及弧长法为了考虑初始缺陷对结构强度的影响，必须对结构进行基于大挠度理论

4、的非线性屈曲分析[2]，本文采用非线性屈曲分析中应用最广泛的Newton-Raphon法；其单元增量刚度矩阵方程(忽略高阶少量的影响)为[]{}{}eeeTKuF??=式中[KT]e为单元切线刚度矩阵，[KT]e=[KL]e+[Kσ]e；{??u}e为位移增量矩阵；{F}e为外力矩阵。记[KT]e{??u}e={R}e则{R}e={F}e。在结构的非线性有限元分析过程中，任意时刻的增量平衡方程为：{}{}0ttttRF+??+????=//.paper.edu.cn-2-其中{}ttR+??，{}ttF+??分别是t+??t时刻外部所施加荷载和相应的杆件节点力向量。在进行平衡路径跟踪时1

5、[]{}{}{}ttttiiiKuRF+??+??????=??1{}{}{}iiiuuu+=+??在弧长法中1[]{}{}{}ttttiiiKuRFλ+??+??????=??1{}{}{}{}{}Iiiiiiuuuuuλ∏+=+??=????+??其中λ为荷载因子；λ??为单位荷载因子；Iiu??为单位荷载因子下的位移；iu∏??为Newton-Raphon位移增量。4.一致缺陷模态法[5]初始缺陷对结构稳定性影响的程度不仅取决于缺陷的大小，还取决于缺陷的分布。结构的最低阶屈曲模态是结构屈曲时的位移倾向，最潜在的位移趋势[3]。如果结构的初始缺陷分布恰好于结构的最低阶屈曲模态相吻合，

6、无疑将对结构的稳定性产生最不利影响。一致缺陷模态法的基本思想就是采用对结构的稳定性产生不利影响。一致缺陷模态法的基本思想就是采用对结构稳定性最不利的缺陷分布对缺陷结构进行稳定性分析，因此只需对具有于结构屈曲最低阶模态一致的初始缺陷结构进行稳定性分析，得到临界荷载，即可做为实际结构的临界荷载。5.实例分析如图1所示的正交正放四角锥双层柱面网壳，跨度B=36m，矢跨比f/B=0.3；壳长L=45m；壳厚h=1.5m；施加于网壳上弦的均布荷载Q=1.0kn/m2；网格尺寸a×a=2.5m×2.5m。分析中取结构前20阶阵型。各阵型阻尼比均取为0.02。图1正交正放四角锥双层柱面网壳模型图通过有

7、限元分析软件ADINA对网壳进行特征值屈曲分析得到前两阶的屈曲模态如下图所示//.paper.edu.cn-3-图2模型前两阶屈曲模态图2表明结构屈曲模态出现变形位置出现在网壳中间部位，由于网壳结构是缺陷敏感性结构，因此以此部位考虑初始缺陷，具有代表性。采用ADINA进行初始缺陷的非线性屈曲分析时，模型采用大位移小应变设置，材料选用理想弹塑性模型，弹性模量E=2e11Pa；屈服强度σc=3.75e8Pa，第一阶屈曲模态与原模型对比竖