圆柱面巨型网格结构在冲击荷载作用下的动力响应研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文圆柱面巨型网格结构在冲击荷载作用下的动力响应研究专业：结构工程硕士生：华梦城指导教师：李峰摘要圆柱面巨型网格结构是巨型网格体系的重要组成部分，具有传力明确、形式多样、施工方便等优点，主要运用于公共建筑之中。此类结构除了承受常规荷载作用外，也有可能遭受爆炸和冲击的作用。一旦结构由于冲击后发生倒塌，将造成十分严重的后果。因此，本文以圆柱面巨型网格结构为研究对象，采用数值模拟的方法，对其在冲击荷载作用下的动力响应进行较为全面的研究，并通过大规模的算例分析，研究其破坏机理及失效规律。主要内容如下：（1）采用ANSYS/L

2、S-DYNA建模，通过理论值和试验结果来验证数值模拟方法的正确性和可靠性。（2）针对冲击荷载作用于叉筒网壳子结构的情况，考察子结构变形全过程以及内部杆件损伤情况，将圆柱面巨型网格结构的动力响应模式总结为以下四类：子结构轻微损伤、子结构局部凹陷、子结构整体坍塌和子结构冲切破坏。后三种为失效模式。通过有限元模拟，分析各冲击响应模式的特点。在大量算例分析中发现，冲击叉筒网壳子结构而导致整体倒塌的概率是极小的。（3）针对冲击点在主体桁架处的情况，根据整体结构最终的变形状态以及杆件损伤情况，将结构动力响应模式总结为以下四类：结构轻微损伤、结构局部凹陷

3、、结构整体坍塌和结构冲切破坏。采用ANSYS/LS-DYNA进行有限元模拟，分析各冲击响应模式的特点。通过改变冲击物质量、冲击速度、冲击点位置和屋面荷载等参数，对冲击荷载作用于主桁架处的情况进行了大量的参数分析，考察这些参数对结构整体坍塌的影响。结果表明：屋面荷载的增加和矢跨比的降低均会导致整体倒塌的概率增大。（4）结合圆柱面巨型网格结构在冲击荷载作用下的破坏机理和失效规律，以防止结构在冲击荷载作用下出现整体坍塌为目标，提出三种防护设计方法：轻屋西安建筑科技大学硕士学位论文面法、整体加强法和局部加强法。通过数值模拟进行对比分析，验证了三种方

4、法的有效性。关键词：圆柱面巨型网格结构；冲击荷载；失效模式；动力响应西安建筑科技大学硕士学位论文StudyonDynamicResponseofCylindricalReticulatedMega-structureunderimpactloadSpecialty:StructuralEngineeringName:HuaMengchengInstructor:LiFengAbstractThecylindricalreticulatedmegastructureisanimportantpartofthehugereticulatedst

5、ructureandhasmanyadvantages,suchascleartransmissionline,variousforms,convenientconstructionandsoon.Itismainlyusedinpublicbuildings.Suchstructures,inadditiontobeingsubjectedtoconventionalloads,mayalsobeexposedtoexplosionandimpact.Oncethestructurecollapsesduetoimpact,itwillc

6、auseseriousconsequences.Inthispaper,thedynamicresponseofthecylindricalreticulatedmegastructureunderimpactloadisstudiedbynumericalsimulation.Thefailuremechanismandfailurerulearestudiedbylarge-scalenumericalanalysis.Themaincontentsareshownasfollows.(1)UsingANSYS/LS-DYNAmodel

7、ing,thecorrectnessandreliabilityofthenumericalsimulationmethodareverifiedbytheoreticalandexperimentalresults.(2)Inviewoftheimpactloadonthesubstructure,thewholedeformationprocessofthesubstructureandthedevelopmentofdamageareinvestigated.Thedynamicresponsemodeofthethecylindri

8、calreticulatedmegastructureissummarizedasfourtypes.Thecharacteristicsofeachimpactresponse