基于剛度的空間網(wǎng)格結構重要構件判斷方法.pdf

1、近年來，法國戴高樂機場頂棚倒塌、德國巴特萊哈爾溜冰館倒塌等事故的接連發(fā)生，突顯了大型空間結構連續(xù)性倒塌研究的重要性和緊迫性。
　　本文在總結國內(nèi)外重要構件判斷方法的研究成果基礎上，考慮空間網(wǎng)格結構明顯的非線性特征，提出了一種基于切線剛度的重要構件判斷方法。變形后的切線剛度能夠真實地反映結構的應力應變信息和安全性能，考慮應力剛化作用(處理一階無窮小位移機構)和適應于空間網(wǎng)格結構的幾何非線性，可以滿足精確計算空間網(wǎng)格結構構件重要性的要

2、求。
　　構件重要性系數(shù)是衡量構件重要性的指標，反映了某構件失效前后結構安全性能的變化程度，整體剛度包含了結構的具體信息，它的奇異程度能夠體現(xiàn)結構安全狀態(tài)，因此基于整體剛度來判斷構件重要性是合理的。在結構響應的選取上，剛度矩陣的行列式比結構穩(wěn)定因子更適合作為結構的響應。本文分別定義了無荷載作用下和荷載作用下的構件重要性系數(shù)，通過算例簡要地分析了不同支座條件、構件剛度、荷載等級和荷載分布形式對構件重要性的影響及相應的變化規(guī)律。分析結

3、果表明釋放支座約束，桿件的重要性系數(shù)會增大；增大某桿件剛度，則該構件的重要性系數(shù)增大；桿件的重要性系數(shù)隨荷載大小而變化，荷載的方向或分布不僅影響桿件重要性系數(shù)的大小和變化趨勢，還影響桿件的重要性次序。
　　當鉸接桿件體系的各桿件線剛度均相等，不考慮結構應力剛化作用或應力剛化所貢獻的剛度非常小時，整體切線剛度矩陣只與本文定義的類平衡矩陣相關，根據(jù)這個性質，本文從一個新的視角來判斷構件重要性--基于類平衡矩陣的重要構件判斷方法，其實質

4、與原方法是相同的，通過相關的數(shù)學推導闡明了簡化原理，并使用簡單算例進行了驗證。
　　對于網(wǎng)架結構體系，本文通過編制Matlab程序來計算與集成整體切線剛度矩陣；對于單層網(wǎng)殼結構體系，考慮到空間梁單元幾何剛度矩陣的復雜性，先通過APDL語言建模與分析，從ANSYS軟件中導出以Harwell-boeing格式存儲的整體剛度，再利用Matlab相關程序將其還原為真實完整的剛度矩陣。在判斷構件重要性之前，可先根據(jù)結構的對稱性和荷載的具體分

5、布形式，確定構件的判斷區(qū)域，減少工作量。本文研究了4種不同網(wǎng)架形式和3種網(wǎng)殼形式，得到了一些網(wǎng)架和網(wǎng)殼的重要構件分布規(guī)律和構件重要性的變化規(guī)律。總體而言，與網(wǎng)架結構相比，網(wǎng)殼結構的構件重要性受荷載的等級和分布形式的影響比較明顯；網(wǎng)架結構的構件重要性主要由材料剛度決定，在判斷網(wǎng)架結構的構件重要性時，可以近似地采用無荷載作用下的構件重要性系數(shù)。
　　由空間網(wǎng)格結構構件重要性判斷的結果可知，雖然荷載因素對網(wǎng)架結構的影響較小，但采用本文的