不同支座约束对凯威特型弦支穹顶结构动力失效的影响.pdfVIP

第九届全国现代结构工程学术研讨会 不同支座约束对凯威特型弦支穹顶结构 动力失效的影响 2 高博青1付智强L (1．浙江大学空间结构研究中心，浙江杭州310027：2．西北电力设计院，陕西话安710075) 提要：为了探讨凯威特弦支穹顶结构在强震下的动力失效机理，尤其是支座约束形式对其动力破坏的影响。本文运用动力 稳定理论和考虑材料几何双非线性的时程分析方法，算例分析表明，凯威特型弦支穹顶结构存在动力失稳、动力强 度破坏及介于这两者之间的动力失效形式，随着结构沿周边支承的增加，结构的动力失效模式逐渐由动力强度破坏 转变为动力失稳破坏。在此基础上，着重研究了凯威特型弦支穹顶结构支座约束形式对其抗动力灾变能力的影响。 结果表明，支座布置的数量对凯威特型弦支穹顶结构动力失效模式有决定性的影响，凯威特型弦支穹顶结构本身刚 度的均匀和与支座约束刚度的匹配，均有利于提高结构抗动力失效能力。 关键词：凯威特弦支穹顶，支座约束刚度，动力失效机理，强度破坏，动力失稳 一、概述 自上世纪90年代初MamoruKawaguchi教授提出弦支穹顶结构以来，人们对该种结构进行了一定的理 论分析和试验研究，并在工程中得到应用…1副，但对该种结构在强震下的动力失效研究还极为少见H儿引。 结构在强震下的动力失效分析，现在主要有两个研究方向。一是考虑理想弹塑性本构关系的动力失效模式 的研究…哺1。在单层网壳的研究中，将单层网壳的失效模式分为动力强度破坏和动力失稳破坏两种…，但很 多情况网壳结构的破坏是塑性变形过度发展导致的强度破坏与几何及材料非线性导致的动力失稳二者综 合作用的结果旧1。这一方法考虑了结构的损伤，但不计及材料的应变强化。二是考虑材料损伤累积效应的 动力灾变全过程分析u训n1：。考虑损伤累积的材料本构模型的提出，使高层钢结构在地震作用下考虑损伤及 累积效应分析成为可能，但因试验数量有限，以及损伤力学基础理论的不完善，目前尚无统一的可以考虑 不同结构、不同截面及节点形式的本构关系提出。 结构在强震下的性态和强震下的失效模式是结构分析中的重要课题。强烈地震作用下，正常设计的网 壳杆件必然进入塑性。随着杆件截面进入塑性的程度深入、杆件的塑性应变和结构的塑性位移逐渐增大， 杆件及结构的延性逐渐消耗，而伴随着塑性的发展，结构内部的损伤逐步增大，结构最终倒塌破坏。如何 全面认识弦支穹顶结构在强震下的动力失效模式和动力灾变全过程，是需要研究的课题。本文借鉴单层网 壳动力失效机理的研究方法，运用动力稳定理论和考虑材料几何双非线性的时程分析方法，以凯威特型弦 支穹顶结构为对象，重点对弦支穹顶结构在不同支座形式下抗动力灾变能力和动力失效模式进行了研究。 二、 凯威特型弦支穹顶结构动力灾变分析 强震下按正常设计的网壳杆件将进入塑性状态。弦支穹顶结构由于跨度大，存在一定的几何非线性， 因此强震作用下弦支穹顶结构的动力破坏过程考虑双重非线性。在以往对于单层网壳的研究中，多采用理 想弹塑性的本构关系。但强烈地震是一种罕遇荷载，不考虑材料在进入塑性的后的应变强化是偏于保守的。 本文采用考虑应变强化的双线性本构关系，曲线中强化段的斜率取为0．014u刚n¨。考虑地震往复性，本文 的分析采用随动强化模型。下面通过一具体算例进行分析。 算例1。图1为某凯威特型弦支穹顶结构的平面图和剖面图，其跨度为60m，矢高7．5m，上层网壳的 第九届全国现代结构工程学术研讨告 为1t4×4。由内到外共设三圈拉索．拉索采用钢绞线，令由内到外的3圈索的环索、斜索分别为第1、2、 37(726Ⅱf)， 3、4，5，6组索．如图3所示。同一圈的斜索和环索采用相同截面规格，由内到外分别为PKS5 PES5—55(1080Ⅱf)，PES5—109(2139mm+)。钢管弹性模量2069+llN／m2，屈服强度235N／岔，索弹性模量 1 9E+ItN／m2，结构承受切平面竖向均布荷载075kN／m2。 图l凯威特型弦支穹顶结构平面俯视和剖面图