Dynamic behavior of single-layer latticed cylindrical shells subjected to seismic loading

The single-layer latticed cylindrical shell is one of the most widely adopted space-fl'amed structures.In this paper,free vibration properties and dynamic response to horizontal and vertical seismic waves of single-layer latticed cylindrical shells are analyzed by the finite element method using ANSYS software.In the numerical study,where hundreds of cases were analyzed,the parameters considered included rise-span ratio,length-span ratio,surface load and member section size.Moreover,to better define the actual behavior of single-layer latticed shells,the study is focused on the dynamic stress response to both axial forces and bending moments.Based on the numerical results,the effects of the parameters considered on the stresses are discussed and a modified seismic force coefficient method is suggested.In addition,some advice based on these research results is presented to help in the future design of such structures.

利用负刚度磁流变阻尼器的单层球面网壳三维隔震研究

网壳结构三维隔震是备受关注的研究热点之一。已有的研究聚焦于被动型三维隔震装置,其在竖向的性能参数无法实时调控。为解决这一问题,将负刚度磁流变阻尼器(magnetorheological negative stiffness dampers,MRNSDs)与预压弹簧装置(prepressed spring devices,PSDs)并联,形成一种可调节阻尼力的竖向隔震装置(MRDNSD-PSD)。面向延长受控结构竖向自振周期的目标,建立了MRNSD的控制策略及其实施方法,利用其模拟了该控制装置的滞回响应。以某周边支承单层球面网壳作为研究对象,将含有MRNSD-PSD的半主动三维隔震系统、两种不同的被动三维隔震系统分别用于提升该结构的抗震性能。通过数模模拟,对上述受控和无控结构进行了地震响应分析。数值结果表明,三种隔震系统均可有效降低结构地震响应,但半主动隔震系统较被动型隔震系统能够提供更优的竖向加速度和竖向位移控制效果。

钢网壳弹塑性地震反应分析

利用结构弹塑性地震反应理论，采用理想弹塑性模型，通过结构非线性分析程序，对双层柱面网壳进行了地震作用下的弹塑性分析．对杆件进入塑性后网壳的地震响应和抗震性能进行了较详细的研究，同时给出了对网壳工程设计有指导意义的结论．

单层柱面网壳弹塑性地震反应特征

本文对网壳结构的弹塑性抗震性能进行了探讨．根据结构弹塑性有限元理论，结合网壳结构受力特点，推导出网壳结构单元的弹塑性矩阵表达式。然后对单层柱面网壳结构的弹塑性地震反应进行了具体分析，给出了节点位移和杆件应力变化规律，并讨论了矢跨比变化对网壳弹塑性性能的影响、从而揭示出这类网壳的弹塑性地震反应特点。

双层柱面网壳弹塑性抗震性能

对双层柱面网壳的弹塑性抗震性能进行了探讨。采用理想弹塑性模型 ,通过结构非线性分析程序ADINA ,对双层柱面网壳结构进行了地震作用下的弹塑性分析。利用EL Centro地震波对网壳结构进行时程地震反应分析 ,考察了杆件进入塑性后网壳的地震响应和抗震性能 。

土-结构相互作用下单层柱面网壳振动台试验及数值分析

基于设计长度×宽度×高度为7.7 m×3.2 m×1.2 m的模型箱,以长度×跨度为1.8 m×1.8 m的单层柱面网壳为研究对象,设计实现土-独立基础-单层柱面网壳结构振动台试验,研究不同地震波输入下土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的规律,同时采用整体有限元法建立振动台试验的有限元模型,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:考虑土-结构相互作用时,土-独立基础-单层柱面网壳结构体系的试验结果与模拟结果变化规律基本一致,土-结构相互作用下基础底部的加速度峰值响应较自由场加速度峰值响应增大;土体与基础之间滑移和提离现象及模型箱的刚度是影响试验结果与模拟结果差距的主要因素,尤其是随着振动次数增多,土体与基础之间的非线性接触更加显著;地震波频谱特性是影响土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的重要因素,在试验设计时应当尽量避开结构体系与地震波主频一致而发生共振现象,否则造成试验结果失真。

单层球面网壳结构抗震性能研究

本文研究了单层网壳结构地震响应的计算理论和计算方法。以 K8型单层球面网壳为研究对象 ,得出了单层网壳在水平地震作用和竖向地震作用下的力学响应特性的一些重要结论。进一步针对地震响应的主要影响参数 ,如结构几何参数、边界刚度、阻尼比等 ,对单层球面网壳地震响应规律作了系统的研究 ,并提出了对单层网壳结构抗震设计有应用价值的结论和建议。

单层球面网壳在多维地震作用下的随机响应分析

采用课题组推导的多维虚拟激励理论方法及自编计算机程序 ,对常用 K6型单层球面网壳多维地震反应规律进行了系统研究。论文首先对功率谱计算时的参数取法进行了讨论 ,然后对单层球面网壳进行了大量多维与单维响应对比分析 ,考虑了矢跨比、荷载、跨度等主要结构参数影响 ,给出了主肋、环杆、斜杆在不同参数下多维与单维地震反应对比规律及数值范围。分析结果表明 ,网壳大量主要受力杆件三维地震内力远远大于单维地震内力 ,得出在网壳抗震设计中必须要进行三维地震作用分析的结论。

球面网壳地震动输入与振型响应的相关性

通过分析球面网壳结构对预定地震荷载谱的响应,选出对结构反应贡献较大的主振型(DM)并用于振型叠加计算,提高振型叠加法(MSM)的计算效率.为获得球面网壳在预定地震荷载谱作用下的响应规律以及研究结构振型响应与地震动输入的相关性,基于准静力响应、共振响应及耦合响应的定义,计算结构在预定地震动输入功率谱作用下的位移响应谱、准静力响应谱、共振响应谱及耦合响应谱,得出各响应分量对总响应的贡献规律.结果表明,在预定地震动输入下,球面网壳结构响应主要由某一个或几个特定频率区段的振型响应控制,在不同的频率区段,对总响应贡献最大的响应分量类型不同.给出在预定地震动区划和场地条件下,考虑地震动输入与结构响应相关性的改进振型叠加法的分析流程.

开孔对大跨度双层球面网壳结构多维地震反应的影响研究

在考虑几何大变形和材料非线性的基础上,研究开孔对某煤仓顶部跨度为116.1m的双层球面网壳结构在单维和多维地震作用下的弹塑性地震响应的影响。结果表明:与单维地震作用下相比,多维地震作用下开孔结构的最大水平位移增大20.6%,杆件的最大轴应力增大19%;与El-Centro地震波作用下相比,在长周期地震波作用下,无孔和开孔结构的地震响应有明显增大的趋势,且开孔对网壳结构地震反应的影响更为显著;在多维地震作用下,相比于无孔结构,开孔结构的最大水平位移可增大14%,最大轴应力可增大7.6%,杆件的最大响应塑性率可增大15%。

新型索承网壳结构非线性地震反应特性和参数分析

本文根据新型大跨空间杂交结构———索承网壳结构的受力特点,选用梁元、杆元和索元的混合有限元模型,给出了一种有效的适用于该类结构的非线性动力响应的增量、迭代有限元计算方法。以K8型索承网壳结构为研究对象,进行了时域内的三向地震作用下的非线性反应分析。计算结果表明,该结构具有良好的抗震性能。文中针对地震响应的主要影响参数,对其地震响应规律作了系统的研究,得出矢跨比和撑杆长度是抗震设计的主要控制参数等有应用价值的结论。

摩擦摆隔震双层球面网壳结构的多维地震响应

将摩擦摆(FPS)引入到网壳结构的隔震控制中。文中首先阐明了FPS的工作机理和本构关系,建立了FPS隔震网壳结构的振动方程。通过双层球面网壳结构的数值算例考察了隔震和无控结构在单向和三向地震作用下的振动响应以及FPS的控制效果。研究结果表明,FPS具有良好的隔震和耗能效果,可有效地应用于球面网壳结构的振动控制。

双层圆柱面网壳的地震反应研究

系统地研究了双层圆柱面网壳的竖向和水平地震反应,分析了各结构参数对双层圆柱面网壳地震内力的影响,得出了许多有意义的结论,并给出了该类结构抗震设计的建议.

弦弓式预应力柱面网壳结构的稳定性和抗震性能分析

在大跨度干煤棚工程设计中采用的弦弓式预应力柱面网壳结构是由网壳和预应力拉索组成的杂交体系。采用非线性有限元方法研究了这种结构的稳定性,分析了各种荷载工况、初始缺陷和拉索预应力对结构稳定性的影响。分析了预应力对结构自振特性的影响,然后采用振型分解反应谱法对结构的水平及竖向地震反应进行了研究,总结了结构地震内力系数分布规律。研究表明,布置拉索对结构的稳定性能改善明显,结构的极限荷载提高30%以上,施加的预应力对结构的动力性能影响不大。

单层球面网壳屋盖的地震响应有限元分析

以单层球面网壳屋盖为研究对象,对50m和30m跨度单层球面网壳进行了地震响应有限元分析,考虑了不同支座对结构地震响应的影响,得到了一些重要结论,为单层球面网壳的设计、研究和应用提供了一定的参考和借鉴。

考虑土-结构相互作用的双层柱面网壳结构三维地震反应分析

基于刚性地基假定的双层柱面网壳结构抗震计算方法未充分考虑场地土对其地震反应的影响。为验证土-结构相互作用对双层柱面网壳结构三维地震反应的影响,本文以一个48m跨度的双层柱壳为研究对象,分别建立基于刚性地基假定的柱壳结构及其考虑土-结构相互作用的三维有限元整体模型,研究对比了这两种结构体系的动力特性,并用时程分析法对其进行了三维地震反应分析与对比。结果表明,考虑土-结构相互作用后,双层柱面网壳结构的自振周期延长,振型发生变化;结构位移增大,部分杆件轴力增大。因此,对双层柱面网壳结构的抗震分析应考虑土-结构相互作用的影响。

网壳结构地震反应分析的振型刚度法

提出振型刚度的概念,通过理论推导,建立振型刚度与结构振型特性之间的关系.基于振型刚度,通过推覆分析构建非线性能力曲线,该曲线能够考虑结构整体响应而非依赖于特定节点和特征响应.提出等效线性化迭代方法,结合地震反应谱,克服双线性模型实际耗能不一致的缺点,快速提高目标位移的求解精度.在此基础上,建立网壳结构地震反应分析振型刚度法(MSPA).采用时程分析法(RHA)、传统推覆法(MPA)和振型刚度法(MSPA)计算球面网壳和柱面网壳算例的地震响应,研究结果表明:振型刚度法能较准确地预测结构节点位移、单元应力以及屈服杆件个数,计算精度满足工程要求,大大缩减了计算耗时.

单层双曲抛物面网壳的抗震性能

研究了单层双曲抛物面网壳的自振特性和地震反应，分析了各种结构参数包括：边梁刚度、矢跨比、跨度变化对网壳自振特性和地震反应的影响，得出了水平地震反应比竖向地震反应大的结论，并对此类结构的抗震设计提出了建议．

张弦网壳结构地震响应规律分析

对张弦网壳结构地震响应规律进行大量理论分析与计算研究。在建立多自由度体系计算模型及地震响应基本方程的基础上,探讨对比采用不同计算方法、不同方向单维地震作用及多维地震作用下张弦网壳结构的地震响应,深入地研究张弦网壳屋盖与下部支承体系的静力及动力相互作用,强调采用整体模型的必要性,并给出张弦网壳结构地震响应的特点与规律,从而对张弦网壳结构的抗震设计提出有益的建议。

大跨空间网壳结构竖向及水平地震响应分析

为了能够有效地控制空间网壳结构在地震荷载作用下的振动,对平面直径为80m的单层球面网壳结构动力特性进行了分析。通过现行设计规范的反应谱曲线,利用完全二次组合法进行反应谱组合,对计算模型分别进行了竖向地震和水平地震响应的分析,分别计算统计了网壳结构的地震节点位移响应和杆件单元的内力。计算结果表明,大跨空间网壳结构竖向和水平地震响应存在较大的差异,在振动控制中应该进行同时控制,也为网壳结构的抗震设计和振动控制措施提供一定的参考依据。