【摘 要】
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大跨空间结构是一种风敏感型结构,在极端风荷载作用下极易产生破坏。下击暴流是一种特殊的风荷载,是由于雷暴云中的强下沉气流到达地面后形成辐射强风,这种强风对于大跨空间结构具有很强的破坏力。目前研究中,尚缺少大跨空间结构在遭遇下击暴流作用时的破坏规律,以及结构抗下击暴流的性能评估方法。针对目前研究中存在的问题,本文以K8型单层球面网壳结构为例,对下击暴流作用下结构的失效规律及易损性进行了研究。主要研究内
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大跨空间结构是一种风敏感型结构,在极端风荷载作用下极易产生破坏。下击暴流是一种特殊的风荷载,是由于雷暴云中的强下沉气流到达地面后形成辐射强风,这种强风对于大跨空间结构具有很强的破坏力。目前研究中,尚缺少大跨空间结构在遭遇下击暴流作用时的破坏规律,以及结构抗下击暴流的性能评估方法。针对目前研究中存在的问题,本文以K8型单层球面网壳结构为例,对下击暴流作用下结构的失效规律及易损性进行了研究。主要研究内容与结论如下:(1)基于确定性-随机性混合模型模拟出下击暴流风场,其中采用Wood竖向风剖面模型和Holmes经验模型模拟平均风,采用基于Davenport谱的自回归AR模型模拟脉动风。根据向量式有限元方法建立K8型单层球面网壳结构的线弹性模型,并对结构进行弹性时程分析,探究单层球面网壳结构在下击暴流风场作用下的动力特性及位移时程的变化。(2)考虑结构的几何非线性、杆件非线性及构件断裂准则,对下击暴流作用下不同矢跨比的单层球面网壳结构进行连续倒塌过程模拟。通过研究矢跨比分别为1/3、1/5与1/7时,下击暴流平均风荷载与总风荷载对结构破坏模式的影响,来探究单层球面网壳结构在下击暴流风场作用下的失效规律。研究结果表明,下击暴流风场作用下单层球面网壳结构失效主要由空间杆件屈曲导致,其中下击暴流平均风部分对结构的影响占主导地位,决定着结构的破坏模式,而脉动风部分因动力放大原理使得结构响应加剧,破坏时间提前。此外,随着结构矢跨比的增大,结构的体型系数与受风面积随之变化,进而影响结构的破坏模式。(3)针对大跨空间结构风灾易损性分析方法缺失的问题,参考现有结构的地震与风灾易损性分析方法,提出单层球面网壳结构在下击暴流作用下易损性分析的流程,并通过算例说明分析结果的合理性。基于随机IDA方法,考虑下击暴流荷载与结构参数的双重不确定性因素,对结构进行增量动力分析,并根据现有的易损性分析理论对结果进行回归分析,计算得到结构下击暴流易损性函数,从而绘制出结构的下击暴流易损性曲线,由此对结构进行抗下击暴流性能评估。
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