多維激勵下大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

陸世宇 馮沖沖

（江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

0 引言

國內(nèi)外許多學(xué)者通過大量的實驗和模擬提出網(wǎng)殼在地震作用下通常會產(chǎn)生動力失穩(wěn)和強度破壞兩類失效模式。但是未對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在不同維度地震波喜愛的動力響應(yīng)做出系統(tǒng)研究。因此，在對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行倒塌機理研究時必須綜合考慮多方面的影響，進而做出更精確的評價。

1 結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)分析判別方法

國內(nèi)外眾多專家學(xué)者先后提出了各類結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)的判別方法。早期的研究通?；贚yapunov運動穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則，該方法通過計算多自由度結(jié)構(gòu)的廣義剛度小于零與否，以此來判斷結(jié)構(gòu)是否失穩(wěn)。但是該法通常難以構(gòu)造出合適的泛函關(guān)系判別結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)與否0。除此之外，另一類型的方法便是通過結(jié)構(gòu)運動時的能量變化作為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)與否的判定依據(jù)。該法認為當(dāng)結(jié)構(gòu)的耗散能大于地震動所產(chǎn)生的總能量時，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)將不再保持其動力穩(wěn)定性，此種基于能量的判定方法雖然可得到空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的臨界失穩(wěn)荷載，但卻難以適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)動力非線性的穩(wěn)定性判定。

本文引用B-R運動準(zhǔn)則作為大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)的判定方法。B-R運動理論：當(dāng)結(jié)構(gòu)處于某一地震動作用下時，若將原荷載幅值的基礎(chǔ)上再提高一個微小的量級，該結(jié)構(gòu)便產(chǎn)生位移變形的驟然增大，此時，則能夠認為原荷載幅值便是該結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)臨界值0。

2 地震波激勵下大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定分析

該大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在僅水平X向、XY雙向、XYZ三向地震動作用下的動力響應(yīng)如圖2.1所示。

圖2.1 不同維度地震激勵下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)

由圖2.1與表2.1可得：單層大跨凱威特網(wǎng)殼有著優(yōu)異的抗震性能，結(jié)構(gòu)無論是在一維、二維還是三維地震動激勵下都表現(xiàn)出較高的動力失穩(wěn)極限承載力，表明網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)良好的抗震抗倒塌能力。單層大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地震作用下，一維與三維激勵下的動力失穩(wěn)極值相差了250gal，而二維與三維則僅相差50gal?？煽闯觯诫p向地震動輸入較單向一維輸入的計算結(jié)果有著更高的可靠度，在研究大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力抗震性能時，應(yīng)至少應(yīng)確保水平雙向下的二維地震動輸入。當(dāng)加速度幅值在850gal時，一維與二維地震動激勵下位移變形與桿件塑性發(fā)展程度相差近0.5m，30%，一維與三維的差值更是達到了近2m，50%；而當(dāng)加速度幅值為700gal時，一維、二維、三維激勵下的位移與桿件塑性差值則不大，進一步減小加速度幅值后，三者差值則可以忽略不計。可以看出，地震加速度幅值越大，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)位移與桿件塑性發(fā)展程度等動力響應(yīng)結(jié)果的誤差就會越大，因此，在實際抗震設(shè)計中，強震作用下不能忽視多維激勵對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。

表2.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在多維地震激勵下的動力穩(wěn)定承載力與塑性桿件比例

3 結(jié)論

通過一維、二維、三維動力失穩(wěn)時網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)對比，不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生動力失穩(wěn)時，不同維度下的地震動輸入對結(jié)構(gòu)薄弱位置的產(chǎn)生是不一樣的。尤其是在三維地震動作用下，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的區(qū)域性薄弱部位與一維、二維下離散型薄弱部位更是有明顯出入，大跨網(wǎng)殼在多維激勵下更容易暴露其薄弱位置。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在達到動力失穩(wěn)極限后，仍表現(xiàn)出一定的抗震能力富余度，在一維地震動輸入下，結(jié)構(gòu)達到動力失穩(wěn)后塑性桿件比例呈線性關(guān)系逐步提升；當(dāng)在二維激勵下，結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)后的塑性桿件比例則為跳躍式遞增，但是三維激勵下，結(jié)構(gòu)塑性桿件比例在短暫性非線性突增后，便趨于倒塌破壞。因此，可以看出在二維、三維地震動激勵下，尤其是三維更容易發(fā)生突然性的結(jié)構(gòu)倒塌破壞地震行為?；诖艘苍僖淮瓮癸@了多維地震動輸入對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震研究的重要性與必要性。