双层柱面网壳结构抗倒塌能力的分析

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近年来,随着世界各地自然灾害的频发与国际恐怖主义的蔓延,建筑结构也频频遭遇到意外荷载或偶然荷载的作用,很多结构因为无法承受如此巨大的荷载而发生由局部破坏引发的整体结构的破坏,并最终导致结构坍塌,造成巨大的人员伤亡和财产损失,给社会带来了严重的负面影响。为避免和减少这种由罕遇自然灾害、突发性人为事件等引发的建筑结构的连续倒塌,工程师们在设计建筑结构的时候,越来越重视结构的抗连续倒塌能力。从1968年英国伦敦Ronan Point公寓楼倒塌事件发生之后,国外便兴起了建筑物抗连续倒塌研究的热潮。英国,欧洲,美国和日本等国家和地区相继出台了建筑物抗连续倒塌的设计规范,与此同时,国内的很多专家也开始对建筑物连续倒塌性能进行研究,并取得了丰硕的成果。2001年,美国“9.11”事件的爆发再一次掀起了建筑界对结构抗连续倒塌的研究热潮。如何保证结构在偶然荷载作用下不致发生连续倒塌或者延缓结构连续倒塌的发生,为人类的安全转移赢取宝贵的时间已经成为一个重要的热点问题。本文利用ANSYS有限元分析软件,对某双层柱面网壳结构进行整体建模,分析其抗连续倒塌的性能。首先,对结构进行前20阶的模态分析,计算结构的自振频率和自振周期,通过与类似结构的对比,得出模型的合理性。其次,对结构进行五种工况荷载下的静力特征值屈曲分析,通过对比得出整体结构关键杆件的所在区域。再次,在考虑几何非线性的前提下,通过非线性静力分析,得出结构在拆除不同杆件后的临界承载力,再根据结构冗余度与杆件灵敏度的概念,计算出结构各个杆件的灵敏度,考虑拆除单根杆件对整体结构抗连续倒塌性能的影响。然后,假定结构的多根杆件或某个节点发生破坏,通过非线性分析,得出剩余结构的临界承载力,探讨拆除多根杆件或节点破坏对结构抗连续倒塌性能的影响。最后,提出了几种提高结构抗连续倒塌性能的措施,通过增大截面尺寸的方法,分析截面尺寸的改变对整体结构抗连续倒塌性能的影响;此外,本文还分析了初始缺陷对结构抗倒塌性能的影响。经过以上内容的具体分析,得出了关于双层柱面网壳结构抗连续倒塌能力的若干结论,提出了本文研究的不足与未来发展的方向,对实际工程有一定的参考价值。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第10-24页
    1.1 引言第10页
    1.2 空间网壳结构第10-11页
        1.2.1 网壳结构的形式第10-11页
        1.2.2 网壳结构的特点第11页
    1.3 双层柱面网壳结构第11-14页
        1.3.1 双层柱面网壳的工程应用第11-13页
        1.3.2 双层柱面网壳结构的工程问题第13-14页
    1.4 关于连续性倒塌的研究现状第14-21页
        1.4.1 连续倒塌的涵义第14-15页
        1.4.2 连续倒塌的典型案例第15-18页
        1.4.3 国外连续倒塌的设计规范第18-20页
        1.4.4 国内关于连续倒塌的研究现状第20-21页
    1.5 网壳结构连续倒塌的研究第21-23页
        1.5.1 研究背景第21页
        1.5.2 网壳倒塌的事故第21-23页
    1.6 本文的研究内容第23-24页
第二章 结构冗余度和杆件灵敏度第24-28页
    2.1 引言第24页
    2.2 连续倒塌的分析与设计方法综述第24-25页
    2.3 结构冗余度第25页
    2.4 杆件灵敏度第25-26页
    本章小结第26-28页
第三章 有限元方法和计算模型第28-36页
    3.1 有限元分析软件ANSYS第28页
    3.2 工程背景第28-30页
    3.3 结构计算模型第30页
    3.4 模态分析第30-35页
    本章小结第35-36页
第四章 双层柱面网壳的抗连续倒塌能力分析第36-64页
    4.1 双层柱面网壳结构的失效准则第36页
    4.2 特征值屈曲分析第36-48页
        4.2.1 全跨竖向均布荷载作用下的屈曲模态分析第37-39页
        4.2.2 左半跨竖向均布荷载作用下的屈曲模态分析第39-41页
        4.2.3 右半跨竖向均布荷载作用下的屈曲模态分析第41-43页
        4.2.4 左半跨水平荷载作用下的屈曲模态分析第43-45页
        4.2.5 右半跨水平荷载作用下的屈曲模态分析第45-48页
    4.3 结构非线性屈曲分析第48-62页
        4.3.1 结构非线性介绍第48页
        4.3.2 几何非线性第48-49页
        4.3.3 材料非线性第49-50页
        4.3.4 非线性屈曲分析第50-54页
        4.3.5 拆除多根杆件后的非线性屈曲分析第54-60页
        4.3.6 节点破坏对结构临界承载力的影响第60-62页
    本章小结第62-64页
第五章 增强结构抵抗连续倒塌能力的措施第64-88页
    5.1 引言第64页
    5.2 概念设计第64-65页
    5.3 偶然事件的控制第65页
    5.4 结构的设计选型第65-67页
    5.5 抵抗连续倒塌的结构措施第67-86页
        5.5.1 增大构件的截面尺寸第67-77页
        5.5.2 初始缺陷的影响第77-85页
        5.5.3 增大结构抗连续倒塌能力的其他措施第85-86页
    本章小结第86-88页
第六章 结论与展望第88-90页
    6.1 结论第88-89页
    6.2 展望第89-90页
参考文献第90-98页
致谢第98-100页
攻读学位期间发表的学术论文第100页
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