沖擊荷載的研究

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1、1.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力分析研究現(xiàn)狀1.1網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力分析荷載類別簡諧荷載是一種簡單的周期動力作用。針對簡諧荷載進(jìn)行分析，可以直接建立頻譜特性與結(jié)構(gòu)響應(yīng)Z間的關(guān)系，獲得網(wǎng)売結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)規(guī)律和破壞特征；實(shí)際地震作用千變?nèi)f化，頻譜成分異常復(fù)雜，直接針對于地震作用的研究，將給失效機(jī)理及破壞準(zhǔn)則的建立帶來不可逾越的困難，而地震作用理論上可以分解為不同頻率及幅值的簡諧荷載，從這一意義上講，地震作用必然是其內(nèi)部各頻率簡諧荷載作用的綜合，簡諧荷載也可看作是地震作用的基礎(chǔ)。有研究指出[新1],頻率接近的簡諧荷載引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)近似，甚至在某一頻率段（例如線性諧響應(yīng)共振區(qū)外）結(jié)構(gòu)響應(yīng)也呈現(xiàn)一定的規(guī)律，這將

2、給結(jié)構(gòu)計(jì)算選擇荷載頻率帶來大大簡化，也使利用簡諧荷載研究結(jié)構(gòu)失效機(jī)理及破壞判別準(zhǔn)則成為可能。通過大量的非線性算例發(fā)現(xiàn)，雖然網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在較大幅值的簡諧動力荷載作用下最終都會發(fā)生彈塑性失穩(wěn)一一倒塌破壞，但是倒塌Z前結(jié)構(gòu)的響應(yīng)卻不盡相同。在某些頻率激勵下，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)破壞突然，倒塌前結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料塑性發(fā)展很淺,性狀變化輕微，結(jié)構(gòu)位移也較小，這種破壞模式屬于傳統(tǒng)意義上的動力失穩(wěn)破壞;而與之相對應(yīng)，在另外一些頻率的激勵F,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在倒塌前經(jīng)歷了很長的塑性發(fā)展過程，進(jìn)塑性桿件較多，全截面進(jìn)入塑性的桿件在結(jié)構(gòu)中連續(xù)分布，結(jié)構(gòu)內(nèi)部性狀與初始態(tài)相比已經(jīng)發(fā)生了本質(zhì)上的變化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度嚴(yán)重弱化而無法繼續(xù)承載

3、，這種破壞模式與前者不同，結(jié)構(gòu)達(dá)到倒塌極限荷載時，位移較大，塑性發(fā)展很深，已不能滿足正常使用要求，應(yīng)認(rèn)為結(jié)構(gòu)在此Z前已經(jīng)達(dá)到強(qiáng)度極限，應(yīng)歸屬于動力強(qiáng)度破壞范疇?，F(xiàn)分別介紹這兩種破壞模式的響應(yīng)特征。彈塑性結(jié)構(gòu)位移在材料進(jìn)入塑性后即偏離純彈性曲線，且隨塑性發(fā)展深度增加偏移逐漸增人，在經(jīng)歷較長的剛度不斷弱化的過程后發(fā)生彈塑性失穩(wěn)，此時結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展深入，我們認(rèn)為這是動力強(qiáng)度破壞的重要特征。結(jié)構(gòu)彈塑性失穩(wěn)時表現(xiàn)為兩種狀態(tài)，從宏觀位移指標(biāo)上看，一是從僅考慮兒何非線性（線彈性材料）曲線上突然“分岔”失穩(wěn)，一是逐漸偏離經(jīng)歷較長的剛度弱化過程后發(fā)生失穩(wěn)。從節(jié)點(diǎn)位移時程曲線上看，動力強(qiáng)度破壞的歷程是

4、結(jié)構(gòu)隨荷載幅值的增大在新位置平衡運(yùn)動的過程，其中伴隨塑性的持續(xù)發(fā)展，而動力失穩(wěn)情況下結(jié)構(gòu)無法在較大的變形位置平衡，結(jié)構(gòu)一日?發(fā)生較大的變形則由于兒何非線性的作用位移發(fā)散；從微觀塑性發(fā)展上看，前者較淺，后者塑性發(fā)展深入，對應(yīng)了統(tǒng)一在彈蛾性失穩(wěn)下的動力失穩(wěn)和動力強(qiáng)度破壞?？梢哉f，結(jié)構(gòu)的動力破壞是兩個菲線性共同作用的結(jié)果，結(jié)構(gòu)與荷載的不同對應(yīng)決定了不同的破壞趨勢，至于其規(guī)律需要經(jīng)過大量雙重非線性下的參數(shù)化分析統(tǒng)計(jì)獲得。無論是水平諧響應(yīng)分析還是豎向諧響應(yīng)分析，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都存在明顯的共振頻率區(qū)間，此區(qū)間內(nèi)的頻率成分較區(qū)間外的成分能夠激起結(jié)構(gòu)更大的響應(yīng)，目.此區(qū)間可能多個。對于水平激勵，共振區(qū)

5、間只有一個，并以第一階口振頻率為中心；而對于豎向激勵，共振區(qū)為兩個或更多，并對應(yīng)于某些豎向振型占優(yōu)勢的頻段；水平諧響應(yīng)共振區(qū)峰值頻率均對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的第1階振型頻率，振型反對稱，而豎向諧響應(yīng)共振區(qū)峰值均對應(yīng)對稱振型頻率，豎向?qū)ΨQ荷載同樣可能引起水平向（反對稱）較大響應(yīng)。通過網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的線性諧響應(yīng)分析可知，外荷載的頻譜特性將對結(jié)構(gòu)的響應(yīng)產(chǎn)生重要影響。如杲外荷載的頻譜成分主要集中于共振區(qū)內(nèi)，必然使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)響應(yīng)劇烈，反Z亦然。1.1.2階躍荷載階躍荷載是最簡單的動力荷載，它的幅值不隨時間變化，容易與靜荷載建立聯(lián)系，階躍荷載體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)抗干擾的能力，研究階躍荷載作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性是研究其

6、在風(fēng)荷載和地震等復(fù)雜動力荷載作用下的動力穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)［新2］,單層球面網(wǎng)殼在突加階躍荷載作用下，結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定臨界力無論材料線彈性或彈塑性，均小于靜力穩(wěn)定臨界力，彈蛾性動力穩(wěn)定臨界力小于彈性的，無阻尼動力穩(wěn)定臨界力小于有阻尼的?？紤]桿件彈塑性本構(gòu)關(guān)系，動力穩(wěn)定臨界力比彈性時降低40%?50%,材料非線性對結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性的影響大于幾何非線性。阻尼使結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定臨界力增加40%?50%。初始幾何缺陷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定臨界力大幅度降低，降低幅度與缺陷模態(tài)選取有關(guān)，隨缺陷值增加而增大。階躍荷載可以簡單分為豎向階躍荷載和水平階躍荷載。豎向階躍荷載是一種相對簡單的動力作用，在實(shí)際工程中

7、很少遇到，但首先明確在簡單荷載下結(jié)構(gòu)靜、動力失穩(wěn)臨界荷載的定量關(guān)系是十分必要的，它可作為解決結(jié)構(gòu)在地震作用下失穩(wěn)問題的一個循序漸進(jìn)的理論研究步驟［新4］。對于水平階躍荷載，研究發(fā)現(xiàn)［新3］,對于一般按垂直均布豎向荷載設(shè)計(jì)的網(wǎng)売結(jié)構(gòu)，由于矢跨比的不同，在水平階躍荷載作用下，其動力穩(wěn)定性臨界荷載相差很大，矢跨比大的的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載的能力更差。初始兒何缺陷對在水平階躍荷載作用下的網(wǎng)売動力穩(wěn)定性臨界荷載有顯著的影響，因矢跨比的不同影響程度相差較大?？紤]阻尼能夠提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定