沖擊荷載下網殼結構的失效機理研究.pdf

1、隨著大跨度網殼結構在重要大型公共建筑中的不斷應用，人們開始考慮網殼結構在沖擊、爆炸等偶然荷載下的性能。而盡管沖擊荷載屬于偶然荷載，近年來由于恐怖襲擊等原因，發(fā)生概率不斷增加；最為典型的是9.11事件，世貿雙塔的設計代表了當代先進的設計水平，甚至曾考慮過Boeing707的撞擊作用，但撞擊及其并發(fā)作用仍然導致結構連續(xù)倒塌。此外，上世紀八十年代，一架輕型飛機墜入巴西圣保羅展覽中心屋頂網架，也證明了飛行物撞擊大跨結構的可能性。而目前國內外結構

2、抗沖擊的研究卻比較滯后，網殼結構沖擊響應的分析方法、失效模式及失效機理等許多問題亟待研究和解決。這些問題的研究不僅在網殼結構的抗沖擊研究中有著迫切的需要，而且在類似的大型復雜結構抗沖擊研究中也幾乎處于空白階段，有著廣泛的研究前景和實際意義。鑒于上述原因，本文首先提出網殼結構沖擊響應的分析方法，然后對沖擊荷載下網殼結構的失效模式及其機理進行深入系統(tǒng)的研究，并通過大規(guī)模參數研究總結分析網殼結構的失效規(guī)律，此外，通過網殼結構縮尺模型的沖擊試驗

3、驗證了分析方法及分析結論的正確性，最后提出沖擊荷載下網殼結構的防護設計建議。這些內容具體包括：
　　1.網殼結構沖擊響應分析方法
　　本文建立了實用有效的網殼結構沖擊響應分析方法，首先確定了網殼結構沖擊響應研究的特征指標，包括荷載作用、網殼結構的特征響應兩方面內容，然后探討了網殼結構沖擊響應的分析流程，并建立了網殼結構沖擊響應分析的精確數值計算模型，此外，闡述了這一分析方法的具體實施過程；
　　2.沖擊荷載下網殼結構的

4、失效模式與機理
　　通過大量的參數計算研究網殼結構的沖擊響應特性，總結分析了網殼結構沖擊失效的四個典型算例，并分別以單層球面網殼和單層柱面網殼為例，詳述了網殼結構沖擊失效的全過程及其荷載作用與結構特征響應；然后依據不同沖擊荷載下網殼的沖擊失效特點，定義了網殼結構的三類失效模式，并根據沖擊失效過程中的能量傳遞特點將沖擊失效過程分為三階段，同時揭示了每類失效模式對應的失效機理；
　　3.網殼結構沖擊失效規(guī)律分析
　　通過大

5、量的參數分析研究網殼結構的沖擊失效規(guī)律，考察了結構最大響應/失效模式隨網殼獲取的總沖擊能量的變化規(guī)律，并探討了沖擊物初動能對結構最大響應/失效模式的影響；此外，提出用整體倒塌失效系數作為結構抗沖擊能力的評定指標，然后通過變化荷載與結構參數對沖擊荷載下網殼結構的整體倒塌失效規(guī)律進行大量的參數分析，確定了易于產生整體倒塌的初始沖擊條件。
　　4.網殼結構沖擊試驗研究
　　為驗證網殼結構沖擊響應分析方法及分析結論的正確性，對 Ki

6、ewitt-6型單層球面網殼縮尺模型進行了系統(tǒng)的試驗研究，試驗內容包括模態(tài)分析、彈性沖擊試驗與破壞性沖擊試驗三部分，通過試驗與數值結果（包括頻率、振型、沖擊力、桿件應力與破壞形態(tài)）的對比分析，證明了本文提出的分析方法及分析結論的正確性，此外，通過對比分析探討了沖擊物初始偏轉、支座約束條件、加工誤差、阻尼力等因素對結構最大沖擊響應的影響原因及影響程度。
　　5.沖擊荷載下網殼結構的防護設計方法及建議
　　以網殼結構的沖擊失效機