网壳结构的概率地震易损性分析
地震作用下网壳结构稳定性分析
地震作用下网壳结构稳定性分析
地震是一种强烈的地质现象，它给建筑物破坏造成严重影响。
因此，在设计网壳结构的时候，稳定性分析是一项重要而必不可少的工作，考虑到地震作用可能对网壳结构的损伤。
网壳结构作为一种新型结构体系，该体系由一系列外形复杂、空间自由度高的单元串联而成。
这种结构是由穿孔板按既定的节点规范组装而成，表面薄板的体积份额较大，穿孔的形状规整，并使用钢筋连接，利用连接效应形成立体位置关系，通过多重依靠实现穿孔板的抗压、抗弯及抗扭效应。
同时，网壳结构的立体复杂程度也给它带来了良好的抗震能力。
在地震作用下，网壳结构的特点也带来良好的抗震性能。
根据相关技术规范，在弹性设计中视网壳结构非线性反应，考虑内力和外力效应及各种构件的耗能释放效应，对这种结构系统进行稳定性分析，裂缝和滑动破坏是在抗震设计中常见的危害因素。
网壳结构的穿孔板也具有较优的抗震性能。
一般情况下，当穿孔板处于比较大的挠度或力的作用下时，由于穿孔铰链的钢斜拉力和相邻板块间的摩擦力，穿孔板的箱口处可能出现断裂或局部折叠。
此外，穿孔板的结构和表面处理有不同的表现：增加结构复杂性，可以提高抗震性能，延缓破坏时间。
同时表面处理可以有效提高穿孔板的物理机械性能，从而提高其韧性，充分释放地震作用造成的损伤。
大规模静力试验和模型试验证明，穿孔板的振动阻尼特性显著改善，这也使得网壳结构在受地震作用时的稳定性由原来的线性变为非线性，从而获得了较优的抗震性能。
单层铰接球面网壳结构的抗震性能浅析
单层铰接球面网壳结构的抗震性能浅析环向折线形单层球面网壳兼有单、双层网壳结构的受力特性，是在中心开孔按曲面放置的正放四角锥双层球面网壳基础上，去除除内圈上、下弦环杆以外的所有环向杆件，所形成的一种一次超静定的新型空间桁架体系。
这是对现有《空间网格结构技术规程》[2]中3.1.8条规定的发展。
我国是一个地震高发地区，因此对环向折线形单层球面网壳这一新型的空间桁架体系进行抗震性能的研究更具有突出的重要意义。
本文通过进行了研究，并采用了动力时程分析法和振型分解反应谱法分别对一80m中小跨度的环向折线形单层球面网壳结构的进行了抗震性能分析，研究了结构在三种不同地震荷载工况下的动力响应。
1 计算模型及荷载取值设环向折线形单层铰接球面网壳的环向分为16等分、、和m。
杆件截面统一采用，截面面积为14430mm2，弹性模量为2.06x105Mpa。
分析中考虑以下荷载：0.5kN/m2恒载、0.5kN/m2活载和结构自重。
周边采用不动铰支座，环向折线形单层铰接球面网壳结构的计算模型见下图。
2 抗震性能分析分析中假定环向折线形单层球面网壳结构所处场地类型为Ⅱ类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g，设计地震分组为第一组。
根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[4]相关规定，对网壳分别采用动力时程分析法和振型分解反应谱法对结构的抗震性能进行分析。
分析结果中所提取的控制杆件、节点的位置及编号，见下图。
2.1 时程分析法采用1940年美国加利福尼亚州记录的El-Centro波，其水平最大加速度为0.35g，持续时间为12s。
根据GB50011-2010的5.1.4条规定，8度设防烈度区多遇地震下，地面运动的最大加速度取70cm/s2。
在整个时程分析过程中提取各杆件的最大轴力进行比较，并列出了它们的最大地震动内力系数，见下表所示。
可以看出，网壳各杆件在一维水平向地震和三向地震作用下具有相似的力学性能，即两者相应杆件的最大动内力系数基本一致。
网壳结构抗震设计方法探讨
网壳结构抗震设计方法探讨【摘要】众所周知，网壳结构的应用日益广泛。
目前有关网壳结构的静力稳定问题已经得到系统解决，而针对其抗震性能的研究还不够，网壳结构抗震性能不同于传统多高层结构和网架结构形式，因此,如何对大跨空间结构进行抗震设计，是工程实践中急待解决的问题，本文在大量数值分析的基础上,针对网壳结构地震作用下的响应规律进行系统研究，在理论分析和试验研究的基础上，总结网壳结构的倒塌及破坏机理，提出网壳结构动力破坏新概念以及适用于网壳结构的抗震设计方法。
【关键字】网壳结构，抗震，设计方法前言地震是一种破坏性极大的突发性自然灾害，能够造成人员伤亡和社会物质财富的巨大损失，对社会生活和地区经济发展有着广泛而深远的影响。
为减轻地震所造成的生命与财产损失，人类与之进行了长期不懈的斗争，虽然科学技术和工程技术的突飞猛进，地震工程的理论和实践得到了很大发展，但是，就近20余年来说，全球发生的许多大地震，仍然造成大量严重的工程破坏和惨重的生命财产损失。
例如1976年我国的唐山地震、1994年美国的Northridge地震、1995年日本的阪神地震及1999年台湾的集集地震。
随着城市现代化和经济的高度发展，地震所造成的损失，平均每几十年翻一番。
因此，了解地震灾害的特点，采取正确的对策，方能保证防震减灾收到实效。
鉴于地震预报和地震转移分散均不能很好的实现，因此，工程抗震成为目前最有效、’最根本的措施，建筑结构的抗震设计也成为当前最被关注的课题之一。
常见的建筑结构防震措施目前，用于建筑结构防御地震的措施主要有:传统的抗震设计、结构控制理论(如减震、隔震等)。
传统的抗震设计是适当增加结构的刚度，以抵抗地震作用，或合理布置结构的刚度，使结构部件在地震时不同步地进入非弹性状态，具有较大的延性，消耗地震能量。
上述方法存在以下缺陷:安全性难以保证。
当突发地震超出设防烈度时，房屋会严重破坏适应性有限制。
当地震发生时，虽然结构本身的破坏可以控制，但是房屋内的重要设备可能会遭到破坏经济性欠佳。
大跨空间网壳结构地震响应分析及振动控制研究
大跨空间网壳结构地震响应分析及振动控制研究大跨空间网壳结构地震响应分析及振动控制研究地震是地球上最常见的自然灾害之一，它给人们的生命和财产造成了巨大的威胁。
在城市化的进程中，越来越多的大型建筑和桥梁出现，这些结构对地震响应要求越来越高。
在这些结构中，大跨空间网壳结构具有独特的特点和广泛的应用前景。
本文将分析大跨空间网壳结构地震响应，并探讨如何进行有效的振动控制。
大跨空间网壳结构是一种由薄壳结构构成的大型建筑形式，它的特点是结构自重轻、刚度较低、荷载均匀分布、抗地震性能较好。
由于其独特的形态与性能，大跨空间网壳结构广泛应用于体育馆、会展中心等场所，为人们提供宽敞的空间和良好的观赏效果。
在地震发生时，大跨空间网壳结构会受到地震波的影响，发生振动。
地震波的传播导致结构的非线性振动响应，可能引起结构的破坏。
因此，准确分析大跨空间网壳结构地震响应，对于结构设计和抗震性能评价具有重要意义。
首先，本文将对大跨空间网壳结构进行动力学分析。
动力学分析是利用弹性力学和结构动力学原理，研究结构在地震荷载作用下的振动行为。
通过对结构的模型建立、地震波加载以及计算方法的选择，可以得出结构在不同地震波作用下的振动特性。
接着，本文将对大跨空间网壳结构的地震响应进行数值分析。
数值分析是通过计算机模拟结构的地震反应，得到结构的位移、速度和加速度等参数。
基于数学模型和数值求解算法，可以得到结构的地震响应时程曲线和频谱特性。
最后，本文将讨论大跨空间网壳结构的振动控制方法。
振动控制是通过采取一定的措施，减小结构的振动反应，从而提高结构的抗震性能。
常见的振动控制方法包括结构加固、阻尼器安装以及主动控制等。
通过对不同振动控制方法的研究，可以选择合适的控制方式，保证大跨空间网壳结构在地震中的安全性能。
综上所述，大跨空间网壳结构地震响应分析及振动控制是一个具有挑战性和实用价值的研究课题。
通过对大跨空间网壳结构地震响应的分析和振动控制的研究，可以为结构设计和抗震性能评价提供科学依据，保障人们的生命财产安全。
单层柱面铝合金网壳结构强震失效机理及易损性研究
单层柱面铝合金网壳结构强震失效机理及易损性研究随着建筑结构设计的不断发展和进步，针对地震的设计要求得到了焕然一新的进展，如今，地震设计加入了新的要素，如考虑隔震、减震和加强某些构件等，但是在发生地震灾害时，建筑结构在长期的使用过程中难免会出现变化。
本论文将试图探讨单层柱面铝合金网壳的结构强震失效机理及易损性问题。
一、铝合金网壳的结构原理铝合金网壳的结构原理是一种基于薄壳理论和拱理论所建立的模型，该模型的特点是单层网状薄壳板形成的凹显拱壳体，密度小、坚固耐用、具有轻质、高强、可塑性好、耐腐蚀等优点，因此被广泛用于建筑领域。
二、单层柱面铝合金网壳的研究现状随着对单层柱面铝合金网壳的应用越来越广泛，对其结构的研究也越加深入。
在之前的研究中，单层柱面铝合金网壳的失效模式和失效机理已经得到了一定程度的研究。
据研究表明，单层柱面铝合金网壳在发生地震时，其容易发生弹性稳定性失效、破坏部位的屈曲和扭转变形、拱肋和网壳的纵向位移等破坏模式。
同时，板的灵活性和支撑条件的变化也会对其破坏过程的形成起到重要的作用。
三、单层柱面铝合金网壳的易损性单层柱面铝合金网壳由于其运用材料的特殊性质，其结构上的易损性也具有一定的难度。
在其失效模式和失效机理研究的过程中，研究人员还发现了一些影响网壳易损性的原因，如弯曲强对应的大度数、铝合金网壳前倾和横向负偏差、墙底残余形变等因素。
四、对单层柱面铝合金网壳的加固与改进针对单层柱面铝合金网壳的现有问题，进行加固与改进可以有效提升其结构的抗震性。
具体来说，可以进行以下方面的优化：1、提高板的剪切强度，使其进一步增强其弹性稳定性和破坏时的承载能力。
2、调整拱肋的刚度和位置，以增强其受力性能。
3、增加板与拱肋的间隔数，减轻板的支撑条件，降低板件的纵向位移等。
五、总结本论文针对单层柱面铝合金网壳的结构强震失效机理及易损性进行了初步分析。
在建筑设计和施工中，应对其结构进行更加全面和深入的阐述，并基于现有问题加以修正和改进，以提升其抗震性能，并实现其在地震中的稳定运行。
单层球面网壳的最不利地震作用分析
动力响应与场地卓越周期及地震波平台段持时之
间 的关 系 。
１ 单 层球 面 网壳 的最 不 利地 震 作用 分析
以跨度 ４ 矢跨 比为 １５的 Ｋ 型单层球 面 ０ｍ、 ／ ８ 网壳结构（ 见图 １为例 ， ） 主肋杆件及 环向杆件均采 用 １１ ． 钢管 ， ２ ×３５ 腹杆采用 １ １ ３ ４× 钢管 ， 支座 为三 向固定铰支座 ， 分布在网壳最外环的每一节点 处， 承受均布荷载 ２ｋ ／ ｚ采用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ ｍ 。 Ｎ Ｙ 软件［ 对 ］
周期及地震波平 台段持 时的研 究， 建立结构动力响应与场地卓越周期及地震波平 台段持 时之 间的关 系， 明确 了何种 务件 下
的荷载 为结构最不利外荷 载。
关键词 ： 单层球 面网壳； 最不利地震作 用； 双重非线性 中图分类号 ： ．５ ３１ ２ １３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ７ ２ （０ ６０ —０８ — ５ １７ — ０ ９２０ ｝３ ０ ８ ０
Ｔ ｅ ｍｏ ｔ ｎａ ｏａ ｌ ａ ｔｑ ａ ｅ ｅ ｃｔｔ ｎ ｆｓｎ ｌ ａ ｅ ｐ ｅ ｉ ｌ ｈ ｌ ｈ ｓ ｆｖ ｒｂｅ ｅ ｒ ｕ ｋ ｘ ｉ ｉ ｓｏ ｉｇｅ—ｌｙ ｒｓ ｈ ｒ ａ ｅ ｌ ｕ ｈ ａｏ ｃ ｓ
Ｙ Ａ ｏ ｇｙ Ｙ ．ｏｇ，Ｈ Ｎ Ｓ ｉ ｈｄ，Ｈ ＮＪ ｎ Ｕ Ｎ Ｈ ｎ．ｕ ， Ｅ Ｊ ｈｎ Ｓ Ｅ ｈ． ａ Ｓ Ａ ｉ ｉ ｚ ａ
单层 球 面 网 壳 的最 不 利 地震 作 用分 析
苑 宏字 叶继 红 沈世 钊 单 ， ， ， 建
（． １东南 大学 土木工 程 学院 ， 苏 南 京 ２０９ ； 江 １０６ ２哈 尔滨工业 大 学 土 木工程 学 院 ， ． 黑龙江 哈 尔滨 １０９ ） ５００
单层球面网壳结构随机地震响应与可靠度分析
作者：徐军 袁子豪
来源：《湖南大学学ห้องสมุดไป่ตู้·自然科学版》2019年第11期
摘; ;要：为评价单层球面网壳结构抗震性能，需充分考虑地震激励的随机性以及非平稳性.结合概率密度演化方法，可得到单层球面网壳结构动力响应的概率信息及可靠度.首先，采用谱表示-随机函数方法，生成符合不同设防要求的全非平稳地震动，其平均反应谱与规范反应谱拟合效果理想，通过概率密度演化方法考察了单层球面网壳结构最大位移的概率密度演化全过程;进一步地，分别从宏观和微观层次上选取2个失效评价指标，通过引入等效极值分布思想，可获得单层球面网壳结构抗震可靠度分析所关心的动力响应极值分布;最后通过参数分析，评价了不同参数对单层球面网壳结构抗震可靠度的影响.与传统方法相比，本文方法从随机性的角度评价网壳结构的抗震性能更加合理，并且兼顾了效率和精度.
关键词：单层球面网壳;地震动;概率密度演化;随机动力响应;动力可靠度
中图分类号：TU393.3; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标志码：A
Stochastic Seismic Response and Reliability Analysis of
Single-layer Spherical Reticulated Shells
XU Jun，YUAN Zihao
（College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China）
Abstract：To evaluate the seismic performance of single-layer spherical reticulated shell，the randomness and non-stationarity of seismic excitations need to be sufficiently taken into account. In conjunction with the probability density evolution method（PDEM），the probabilistic information of dynamic response and reliability can be readily obtained. First，the random function based spectral representation method is employed to model the fully non-stationary seismic ground motions，which meets the requirements of different fortifications. Moreover，the average response spectrum accords well with the target response spectrum. Then，the instantaneous probability density evolution process of the shell’s maximum displacement is investigated from the perspective of PDEM. Further，two indices，which characterize the failure of the shell structure，are selected from macro and micro levels，respectively. By introducing the idea of equivalent extreme-value event，one can obtain the extreme value distribution of response for seismic reliability analysis. Finally，through carrying out the parametric analyses，the effect of different parameters on the seismic reliability of the shell can be evaluated. Compared with the traditional methods，the proposed method can evaluate the seismic performance of single-layer spherical reticulated shells from the perspective of randomness，which is much more reasonable. Besides，the tradeoff of efficiency and accuracy can be also ensured.
网壳结构高烈度强震下的动力强度破坏研究
当 输人加速度幅值增加到５０ ｌ ０蒯 时， 和图７ ０ｇ 和６０ ａ 图６ 给中明显看出结构塑性的 发展， 杆件进人塑性 的 数量分别达到 １和３ 根， ３ ５ 进人塑性杆件的相对塑性应变值继续增加， Ｕ为分别为一 ． 和一 ． ， ５６ ６ ６ ６网壳 ９ 中 具有最大相对塑性应变的杆件仍为 杆件 １ ， 但最大位移节点的位置发生了 改变， 从节点 ａ 变化到节点 ｂｂ ，
的 也较多， 加 这与 速度幅值为５ ｇ 和６０ ｌ 情况相似。 ０ ａ ０ｇ 时的 ０ｌ ａ 当 值 加速度幅 继续增加到９ ｇ 时， ０ ａ 从图９ ０ｌ 中可以 看出， 位移节 位置 最大 点的 未发生改 仍为节 ， 变， 点ｃ
但具有最大相对应变的杆件位置又发生改变， 从杆件２ 变为杆件３此时节点。 ， 为杆件３ 的端节 杆件３ 点， 最 大相对塑性应变 认值达到一３０。网壳中 ２． ６ 进人塑性的杆件数量达到 １ 根， 杆件总数的４％， ９ 占 ６ ８ 接近一半 的杆件进人塑性。 此时结构的 整体位移延性和杆件变形延性基本耗尽， 结构从而失去 继续承载的能力。 为了更直观的 描述网壳结构随加速度幅值增加而发生的塑性发展， ０ 采用直观的 图１ 中 方式表达杆件进 人塑性的位置及塑 性发展的程度， 进人塑 性的杆件以圆 标记出， 该圆的直径大小代表了 杆件的相对塑性应变
随 输 地 波幅 从３ 酬 始 ０ ａ 止， 中Ｋ球壳的 点 震 值 ８ 开 到９ ｇ 为 图３ ８ 着 人 ０ ０ｌ 节 位移幅 也逐 增加。 Ｉ 值 步 图Ｉ
是网壳最大节点位移一 加速度幅 值响应曲 从图中可以看出不同加速度幅值时对应的网壳节点最大位移 线，
幅 加 值， 速度幅 值在３ 咧 到８ ｇ 在之间变化时， ８ ０ ０ａ ０ｌ 最大节 点位移大体呈线性变化， 但加速度幅值在８ １ ， ｇ ０ 时， 发生剧烈变化， ０咧 到９ 咧 之间， 从８ ０ ０ ０ 最大节点位移急剧增加。 很明显８ 蒯 是位移发生剧烈的转折 ０ ０
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网壳结构的概率地震易损性分析
网壳结构作为大跨度空间网格结构的主要结构形式之一,被广泛应用于综合文体中心、大型交通枢纽车站及航站楼、集群式工业厂房等基础设施。
我国地震灾害严重,量大面广的网壳结构面临着严重的地震威胁。
大跨度空间结构一旦发生破坏或倒塌,将造成严重的人员伤亡、经济损失或社会影响。
我国现行抗震设计规范采用多级设计的思想,即“小震不坏、中震可修、大震不倒”,其实质是性能化设计的雏形,但该设计思想不能考虑到中小地震时结构或非结构构件的破坏程度及由此导致的经济损失,远远不能满足社会和公众对结构抗震性能的需求。
本文以基于性能的多水准化抗震设计及地震风险评估为研究背景,对典型的大跨度空间网格结构——单层球面网壳和单层柱面网壳进行地震易损性分析,一方面可为网壳结构的多水准性能化设计奠定理论基础,另一方面则为地震灾害损失的快速预测与评估及地震巨灾保险制度的实施提供技术支持。
具体来说,本文的研究工作如下:（1）以平均模态应变能系数作为振型贡献指标,将其值大于0.01的振型定义为网壳结构线弹性地震响应的主导振型。
以20条真实地震动记录作为输入,分别考虑4种地震动输入情况:仅X向、仅Y向、仅Z向和三向地震动同时输入,对单层球面网壳和单层柱面网壳的主导振型进行识别。
在此基础上,采用振型分解反应谱法和CQC振型组合方法计算网壳结构仅考虑主导振型、前30阶及前250阶振型三种情况的地震效应组合值,并将其与时程分析结果进行对比,以验证该识别方法的可行性。
（2）基于网壳结构的主导振型,提出了可同时考虑更多结构自振特性和地震动频谱成分的地震动强度参数Sa,dom
（T<sub>1</sub><sup>d</sup>,T<sub>2</sub><sup>d</sup>,...,T<sub>i</su b><sup>d</sup>,...T<sub>N</sub><sup>d</sup>,（ζ））（简记为Sa,dom）,该地震动强度参数表示为结构各主导振型对应地震动加速度反应谱值的几何加权
平均数,其中各阶主导振型的平均模态应变能系数作为相应的权值。
选取了11
个常见的地震动强度参数,从与网壳结构非线性地震响应的相关性、有效性、充分性等方面与本文提出的地震动强度参数进行综合对比,并对Sa,dom 的地震危
险可计算性进行了讨论。
（3）确定了网壳结构地震易损性分析中历史地震动记录的选取原则及合理输入数目,并从太平洋地震工程研究中心“下一代衰减模型”强震数据库中选取了 40条远场地震动记录来考虑易损性分析中的地震动不确定性。
总结了网壳结构有限元建模中13个随机参数的概率分布模型,并通过单参数敏感性分析获得
了表征13个随机参数敏感性大小的“龙卷风图”。
在此基础上,采用Sobol’法和拉丁超立方抽样方法对5个主要的随机参数
进行了全局敏感性分析,获得了 5个参数各自对结构响应的贡献率。
（4）从结构滞回耗能的角度出发,提出了基于地震能量需求的结构损伤指标DIE,该指标定
义为地震能量需求与结构耗能能力的比值,其中地震能量需求即为结构在地震过程中的总滞回耗能,可通过对结构的加速度响应时程进行连续小波变换等效获得。
以高效的拉丁超立方抽样方法对5个主要的结构随机参数进行抽样,以40
条远场地震动作为输入,对18个不同矢跨比及屋面质量的单层球面网壳和单层
柱面网壳的720个随机样本进行动力荷载域全过程分析,对分析结果进行统计,
基于损伤指标DIE建立了不同网壳结构的概率地震需求模型、概率抗震能力模型和概率倒塌能力模型,并获得了网壳结构不同性能水准的地震易损性曲线。
（5）
基于文献中己有的近场速度脉冲型地震动判别方法,选取了 40条包含速度脉冲分量的近场地震动,并将其作为输入,考察了单层球面网壳和单层柱面网壳在近场速度脉冲型地震动作用下的位移和轴力响应;对网壳结构进行动力荷载域全过程分析,建立了网壳结构在近场速度脉冲型地震动作用下的概率地震需求模型、概率抗震能力模型和概率倒塌能力模型,并与远场地震动作用下的分析结果进行对比。