基于精细化计算模型的网壳结构性能评价方法及动力破坏模式研究

Deep research on performance estimation and dynamic failure mode of lattice shells under earthquake based on the refined calculation model is the foundation of perfect seismic design method for this type of structure. To improve and perfect the current numerical calculation for lattice shells, the experimental analysis, numerical simulation and theoretical study are all used to establish a refined member calculation model considering the second order, the material nonlinearity, the member buckling and the coupling effect of all above, and a refined calculation model for classic joints of lattice shells considering both the moment stiffness and the damage progress. Based on the refined calculation model and the relationship between the member performance and structure performance, the performance estimate method for lattice shell is prepared to found with the consideration of the limits of structural strength, stability and deformation given in the design codes. Performance based failure criterion for lattice shells is also prepared to found. Based on the refined calculation model, the dynamic failure modes of lattice shells of different types considering member buckling, plastic hinge distribution and joint damage will be studied by parameter analyses. Achievements of this research will provide reliable theoretical evidence for the perfection of the seismic design method of lattice shells.

基于精细化的计算模型深入研究网壳结构在地震作用下的性能评价方法与动力破坏模式，是完善网壳结构抗震设计方法的基础。针对目前网壳结构动力计算方法中存在的问题，拟采用试验分析、理论研究与数值模拟相结合的方法，建立考虑二阶效应、材料非线性、失稳及三者耦合效应的网壳结构杆件精细化计算模型；建立考虑抗弯刚度与破坏过程的网壳结构典型节点精细化计算模型。基于精细化的网壳结构计算模型，结合设计规范对网壳结构强度、稳定性与变形的规定，确定构件性能状态同结构性能状态之间的关系，建立适用于网壳结构的性能评价方法。建立基于性能的、实用的网壳结构动力破坏准则。基于精细化的计算模型与动力破坏准则，采用参数化分析方法，考虑杆件失稳、塑性铰分布与节点破坏对结构动力破坏的影响，研究不同形式的网壳结构在地震作用下的动力破坏模式，为完善网壳结构的抗震设计方法提供理论依据。

网壳结构兼具杆系结构与薄壳结构的优点和特性，是空间结构的主要形式之一，在国内外得到了较为广泛的应用。我国是地震多发国，我国许多采用网壳结构形式的地标性建筑位于强地震区，面临着严重的地震灾害威胁。这些地标性建筑往往是当地社会、经济与文化活动的中心，建设与维修费用较高，活动人员密集，在地震作用下一旦发生动力破坏将造成严重的生命财产损失与巨大的社会影响。我国大规模的建设高潮与严峻的防震减灾形势对网壳结构的计算理论与设计方法提出了更高的要求。深入研究网壳结构在地震作用下的动力破坏模式，是建立网壳结构有效抗震措施、完善网壳结构抗震设计方法的基础，是当前空间结构研究领域面临的重要课题。. 目前对网壳结构进行抗震分析时，通常以有限元软件通用梁单元模拟杆件，以刚性连接模拟节点，将高估结构抗震承载力。针对目前网壳结构动力计算方法中存在的问题，采用试验分析、理论研究与数值模拟相结合的方法，建立考虑二阶效应、材料非线性、失稳及三者耦合效应的网壳结构杆件精细化计算模型；建立考虑抗弯刚度与破坏过程的网壳结构典型节点精细化计算模型。基于精细化的网壳结构计算模型，结合设计规范对网壳结构强度、稳定性与变形的规定，确定构件性能状态同结构性能状态之间的关系。建立实用的网壳结构动力破坏准则。研究了新型网壳结构建模方法。基于精细化的计算模型与动力破坏准则，采用参数化分析方法，考虑杆件失稳、塑性铰分布与节点破坏对结构动力破坏的影响，研究不同形式的网壳结构在地震作用下的动力破坏模式，为完善网壳结构的抗震设计方法提供理论依据。