基于损伤新型网壳结构地震再现耦合的结构性能和设计方法研究

This project studies on the performance and design method of the-new reticulated shells with damage by traditional style based on seismic mechanism of ancient timber buildings. The structural design is put forward, and its restoring force model is established by low cyclic loading test. The vibration isolation design of the shell with damage is proposed, and the isolation analysis and calculation model is built by quasi-static test under horizontal low cyclic loads. A connection between Concrete-filled steel tube column and beam is brought forward, and the restoring force model of such joint is established by low cyclic loading test. The dynamic analysis model and finite element analysis model of the new-reticulated shell system with damage are constructed by shaking table test. The research is to provide a theory basis on the formulation of design codes on such modern building with damage, and also has vital significance on the development and construction of the city.

本课题针对现代城市发展建设的需求研究基于损伤新型网壳结构抗震机理及其结构体系性能及设计方法。提出型钢混凝土斗拱设计，通过型钢混凝土斗拱模型低周反复荷载作用下的拟静力试验，建立型钢混凝土斗拱恢复力模型。提出型钢混凝土铺作层与柱架的的隔震连接设计；通过型钢混凝土铺作层模型在水平低周反复荷载作用下的拟静力试验，建立铺作层的隔震分析计算模型；通过该类节点模型在水平低周反复荷载作用下的拟静力试验，建立该类节点连接的恢复力模型；通过损伤网壳结构的模型振动台试验，建立损伤网壳结构的动力分析模型和有限元分析模型。研究成果可为制定损伤网壳结构的相关规程提供理论依据，对城市的发展建设具有重要的意义。

网格结构多用于大型体育馆、展览馆、高铁站、航站楼等重大地标性工程，这些工程服役期间承载较大人流，结构本身属于敏感结构，在暴风暴雪和地震等极端条件下，其稳定性问题极为突出。本项目从地震激励对网壳结构稳定性的影响分析入手，综合考虑材料初始损伤和地震载荷的耦合作用，系统研究系统损伤并遭遇地震作用下结构的稳定性，揭示了损伤网格结构在受到地震激励下系统破坏机理和系统退化的规律，分析了损伤对大跨空间结构的稳定性的影响激励和规律，主要研究成果如下：.（1）.研究损伤网壳结构的分叉问题。在四边夹紧固定边界条件下，求得损伤扁柱面网壳的非线性振动微分方程，并对具有损伤扁柱面网壳的非线性自由振动方程求解，得出系统在三个平衡点 ，和 的稳定性。.（2）.研究损伤网格结构的非线性振动。建立损伤网格结构在激励作用下的振动模型，得到考虑损伤双层扁球面网壳的非线性动力学控制方程。.（3）.建立损伤正三角形网格的三向单层扁柱面网壳在强激励下的力学模型。给出损伤扁柱面网壳的非线性动力学方程和协调方程。研究在强激励作用下扁柱面网壳的破坏机理。.（4）.研究损伤网格结构的非线性弯曲。给出出具有损伤的扁球面网壳的大挠度方程，并利用修正迭代法求解了具有损伤的扁球面网壳在均布载荷作用下的非线性弯曲问题。.（5）.开展CSIPS薄壁箱梁在均布载荷作用下的理论研究。给出了考虑剪切变形均布载荷作用下CSIPS薄壁箱梁的挠度曲线方程。并得到梁翼缘的弯曲正应变和腹板的剪切应变表达式，研究了剪应变对梁的变形的影响。并开展CSIPs箱梁的实验研究。.（6）.开展CSIPs圆形穹顶的非线性理论模型的研究。获得结构的挠度方程。对CSIPs圆形穹顶进行了屈曲分析，用模态分析和时程分析其动态力学性能。进行了实验研究。.本项目通过系统深入地开展损伤和强激励耦合作用下系统的稳定性研究研究成果为新型网壳结构在极端天气地区应用与推广奠定了理论基础；并为实际工程中考虑材料损伤影响提供技术支撑，具有较显著的经济效益。