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王秀丽等：动力荷载作用下单层球面网壳破坏模式探讨 33 动力荷载作用下单层球面 网壳破坏模式探讨 王秀丽， 罗 斌 (兰州理工大学土木工程学院， 兰州 730050) 【摘 要】 应用参数化方法建模，考虑结构几何非线性与材料非线性，研究了K8型网壳随参数变化下 自振 频率变化的特点。采用基于结构响应的全过程分析方法，利用软件Ansys，综合宏观与微观响应指标，对 K8网壳 进行不同失跨比的时程分析，探求其在强震下的破坏模式。 【关键词】K8网壳；强震作用；矢跨比；动力失稳；强度破坏 【中图分类号】 TU311．3；TU391 【文献标识码】B 【文章编号】 1001—6864(2011)O7—0033—03 网壳结构因其用钢量少、造型优美、受力合理等特点， 虑单元的大变形、大转角；阻尼假定为Rayleigh阻尼，阻尼比 成为大跨度建筑结构 中具有广阔发展前景 的结构形式之 取0．02；材料为 Q235钢，杨氏模量为206kN／mm ，泊松比为 一 。 结构在地震作用下的破坏特点不仅与地震波的大小及 0．3，采用考虑鲍辛格效应的随动强化 Mises理想弹塑性材 随时间的变化规律有关 ，而且还取决于结构本身的 自振特 料 ，屈服强度235N／ram2。研究了K8网壳的 自振特性、及在 性，所以，了解结构的自振特性是结构动力响应和破坏特点 地震作用下的破坏模式。 的基础。此外，网壳结构在动力荷载作用下可能发生 由几 2 结构模态分析 何非线性起主导作用而使结构无法维持稳定振动状态的动 采用子空间迭代法，分别对40m跨度失跨 比为 1／3、1／ 力失稳破坏，还可能会发生 由塑性变形过度发展而导致的 5、1／7的K8型网壳提取前 4o阶振型进行分析。分析结构 强度破坏。所以，研究单层球面K8网壳在强震下的破坏模 表明：网壳结构 自振频率密集，在地震响应计算时，应考虑 式对完善网壳结构失效机理理论框架具有重要意义。 各阶阵型间的相关性，采用振型分解反应谱法计算时，应至 1 有限元模型建立 少选取前2O阶振型进行组合，否则，计算结果不稳定。随着 本文以40m跨度的K8型网壳为研究对象，采用工程中 矢跨 比减小，网壳 自振频率也随之减小。网壳振型呈现水 常用的失跨 比 1／3、1／5、l／7；结构周边 固支 ，均布质量为 平振型与竖向振型参差出现，且水平振型较多，第一、二阶 200kg／mz，杆件截面选取 qfl02×3的圆钢管 ，利用有限元软 振型均为水平振型。 件 ANSYS，杆件采用梁单元(Beam188单元)，计算分析中考 表 1 不考虑 自重几何刚度影响前 10阶频率 Hz 考虑自重引起的几何刚度影响后，结构自振频率减小， [K]=[ ]+[ ]，[ ]为初始应力刚度矩阵。为结果精 周期延长。对于网壳这类几何非线性 比较 明显的结构 ，恒 确，在进行结构模态分析时应考虑重力的初始影响。 荷载 自重(包括 自重)对动力荷载下结构的反应可能有显著 3 结构时程分析 的影响，即P一△效应。网壳模态分析属于结构在重力荷载 3．1 分析原则与方法 作用下的大变形模态分析，在分析之前 ，需先求出结构在重 利用通用有限元软件ANSYS，采用EI～Centro(1940)地 力作用下变形后的刚度矩阵[ ]，然后进行模态分析，即 震波，持时 10s，同时考虑三项地震作用 ( ：l，：z按 1：0．85： [基金项 目] 国家 自然科学基金项 目(5106