强震作用下铝合金蜂窝板组合网壳的连续倒塌性能研究

为了提高铝合金蜂窝板组合网壳的计算效率,分别采用引入接触单元的耦合法(简称接触模型)和完全协调法建立了有限元分析模型,并且将有限元分析结果与铝合金蜂窝板组合网壳承载力试验结果进行了对比分析,然后基于两种有限元分析方法建立了大跨铝合金蜂窝板组合网壳模型,并且提出了引入折减系数的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法。基于上述简化计算方法,采用ANSUYS软件建立了有限元分析模型,探究了铝合金蜂窝板组合网壳在不同矢跨比(1/4、1/5、1/6)、不同跨度(40,50,60 m)和不同板厚(5,10,15 mm)下结构自振频率的变化规律。对铝合金蜂窝板组合网壳进行了时程分析,对结构的动力位移响应和进入塑性的杆件比例进行了全面的研究,得出了网壳发生破坏时的加速度幅值,探讨了不同矢跨比、不同跨度和不同板厚对铝合金蜂窝板组合网壳在强震作用下的抗连续倒塌性能的影响。结果表明:当板厚折减20%时,按完全协调法的有限元分析结果与试验结果之间的误差为5.87%,误差在合理范围内。故提出了引入折减系数为0.8的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法,并且应用于组合网壳的自振频率分析以及在强震作用下组合网壳的倒塌性能研究。通过对组合网壳进行模态分析,发现:随着模态阶数的提高,组合网壳的自振频率有小幅度的增大。矢跨比的减小会引起组合网壳的自振频率的减小;跨度的减小和板厚的增大会引起组合网壳的自振频率的增大。通过对组合网壳进行时程分析,发现:随着加速度幅值的不断增大,不同矢跨比、不同跨度和不同板厚的铝合金蜂窝板组合网壳的最大节点位移和进入塑性的杆件比例都在逐渐增大;当加速度幅值为325,375,400 m/s^(2)时,矢跨比1/4、1/5、1/6的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为300,350 m/s^(2)时,40 m和50 m跨度的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为225,575 m/s^(2)时,5 mm和15 mm板厚的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏。矢跨比的减小、跨度的增加以及板厚的增加会引起组合网壳在El Centro波作用下发生破坏时的加速度幅值的提高,进而证实了铝合金蜂窝板组合网壳的抗连续倒塌性能的提高。