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许文祥等：纤维模型在网壳结构动力分析中的应用 57 纤维模型在 网壳结构动力分析中的应用 许文祥， 刘应扬 (天津大学建筑工程学院， 天津 300072) 【摘 要】 简要介绍了目前动力弹塑性分析中应用 日趋广泛的纤维梁柱单元模型。将其应用到网壳结构动 力响应分析中，通过计算分析表明该模型有着较高的计算精度，能精确模拟出强震下网壳结构杆件的塑性不均匀 开展。通过算例分析表明，杆件塑性不均匀开展对结构的动力响应有显著影响，对结构动态承载力有较大削弱。 【关键词】 纤维模型；单层网壳；动力响应 【中图分类号】 TU33 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2012)03-0057—02 近些年来 ，单层 网壳结构被广泛应用在各类公共建筑 e(x，y,z)：[]{s(z)} (1) 中，单层网壳结构在强震作用下的动力响应已日益成为空 其中，[B]=[一y，，1]为纤维坐标向量；ls(z)}=[ 间结构领域的研究热点。目前的研究大多直接采用有限元 (z)， (z)，8())]为坐标为z处截面的变形向量。则相 程序中通用梁单元模拟杆件” ，这会产生如下问题 ：强震 应的应力为 ： 作用下，结构中杆件所承受的轴力、弯矩、剪力和扭矩等处 (，Y，：)：ET(，y,z)8(，y，：) (2) 于动态变化中，杆件的塑性发展路径 以及变形形态非常复 其中， (，Y，z)为坐标为(，Y，z)处纤维的应力应变曲 杂，有限元程序中通用梁单元形成单元刚度矩阵时首先根 线上当前应力状态的切线模量。 据积分法则沿构件方向选取若干代表性截面，计算截面刚 对截面进行积分 ，可得到截面上的力为： 度，再通过高斯积分获得单元刚度矩阵，这种单元刚度矩阵 {q(z)}=[]{s(：)} (3) 建立方式无法精确考虑结构杆件的动态非线性力学行为。 其中，{q()}=[m (z)，m (z)，Ⅳ()r，m (z)，m， 针对上述存在的问题 ，本文提出采用纤维模型模拟单 ()，N ()为截面上绕 ，Y轴的弯矩及轴向力。 层网壳结构中杆件。通过计算分析表明：纤维模型通过单 则单元截面刚度矩阵为： 元积分段以及截面纤维的合理划分，能精确反映杆件塑性 开展沿杆长方向以及截面方向的变化，杆件塑性不均匀开 [K]= 『[B]TET(，y，z)[B]dxdy (4) JA 展对网壳结构动力性能有显著影响。 取每一积分段的中间截面特性代表整个积分段的特 1 纤维模型简介 ． 性，将单元截面刚度矩阵沿长度方向(z轴方向)积分，便可 纤维模型的刚度矩阵建立过程基于以下两个基本假 得到整个单元的刚度矩阵。 定l6]：①平截面假定 ，构件的任一横截面在结构分析过程中 2 纤维模型与有限元程序中通用梁单元的计算精度对比 均保持为平面并与纵轴正交，认为扭转是弹性的且不考虑 为考察纤维模型的计算精度。选择一根长为3m，截面 扭转与其他作用的耦合，在形成最终刚度矩阵时直接按线