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1、第38卷第1期土木工程学报Vol.38No.12005年1月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALJan.2005球面网壳结构在强震下的失效机理沈世钊支旭东(哈尔滨工业大学土木工程学院)摘要:研究了球面网壳结构在地震等动力荷载作用下两种可能的失效机理:由于几何非线性起主要作用导致的动力失稳和由于塑性变形过度发展导致的强度破坏。提出了统一的基于响应分析的关于网壳结构失效机理的理论框架。对单层球面网壳在简谐荷载和地震荷载作用下的失效机理进行了较系统的分析,提出了具体的动力失稳和强度破坏判别准则,求得了相应的极限荷载。取得的结果具有良好
2、的规律性,验证了所提出的理论框架的合理性和实用性。关键词:网壳结构;简谐荷载;地震作用;失效机理;动力稳定;强度破坏中图分类号:TU393.3文献标识码:A文章编号:1000-131X(2005)01-0011-10FAILUREMECHANISMOFRETICULARSHELLSSUBJECTEDTODYNAMICACTIONSShenShizhaoZhiXudong(schoolofCivilEngineering,HarbinInstituteofTechnology)Abstract:Twokindsoffailuremechanismso
3、freticularshellssubjectedtodynamicactions,dynamicinstabilitymainlyduetothesecond-ordereffectofshellstructures,andthestrengthfailuremainlyduetoexcessivedevelopmentofplasticdeforma-tions,arestudiedinaunifiedtheoreticalframebaseduponnon-lineardynamicresponseanalysis.Thecriteriafo
4、rdiscrimina-tionofstrengthfailure,aswellasofdynamicinstabilityofreticularshells,areproposedforpracticalapplications.Caseex-amplesofsingle-layerreticulardomessubjectedtoharmonicactionswithdifferentfrequencies,aswellastodifferentearth-quakemotions,arethoroughlyanalyzed,thefailur
5、emechanismisdiscussed,andthecorrespondingultimateloadsareob-tained,thus,theeffectivenessofthesuggestedtheoreticalprocedureisverified.Keywords:reticularshell;harmonicaction;earthquakeaction;failuremechanism;dynamicinstability;strengthfailure算机应用的迅速发展,现在对网壳结构等复杂系统进1概述:球面网壳结构两种可能
6、的失效机理行非线性动力响应分析已非难事。具体操作方法是:针对某一特定的动力荷载(例如某一地震波),以逐最近几年来,网壳结构在强震下的失效机理问题步增大的荷载幅值为参数,对应每一荷载幅值作非线日益受到研究者的注意。网壳结构作为一种特殊的壳性动力时程分析,记录结构的某些特征响应(例如最体结构形式,几何非线性的影响比较明显,无论在静大节点位移),绘制出这些特征响应随荷载幅值变化力或动力作用下,都有易于丧失稳定的倾向性;因而的全过程曲线;通过该曲线可全面了解结构随动力荷国内关于其失效机理的研究是从动力稳定性问题开始载幅值逐渐增大其动力性状不断变化乃至失稳的
7、全过的。文献[1,2]对近十年来关于这一问题的研究作程。文献[3]提出了相应的动力失稳判别准则:当了概括性的回顾,并提出今后应该以直接基于响应分荷载幅值的微小增量导致网壳结构特征响应指标异常析的方法来研究网壳的动力稳定性,这样不仅使动力增大时,结构可视为动力失稳,所对应的荷载幅值定稳定性的判别准则更为直观,而且可以定量地研究网义为结构动力失稳临界荷载(或叫极限荷载)。此临壳结构在地震等复杂动力作用下的具体响应规律,得界荷载值通常可根据上述全过程曲线并参照有关计算出可供实用的结果。由于非线性有限元分析方法和计点的时程响应变化来定量地确定。作者及其梯队
8、运用这一方法对单层球面网壳在突加荷载(阶跃荷载)、简谐荷载和地震荷载等各种动力作用下的稳定性进行收稿日期:2004-10-
