冲击荷载的研究

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1、1.网壳结构动力分析研究现状1.1网壳结构动力分析荷载类别简谐荷载是一种简单的周期动力作用。针对简谐荷载进行分析，可以直接建立频谱特性与结构响应Z间的关系，获得网売结构的动力响应规律和破坏特征；实际地震作用千变万化，频谱成分异常复杂，直接针对于地震作用的研究，将给失效机理及破坏准则的建立带来不可逾越的困难，而地震作用理论上可以分解为不同频率及幅值的简谐荷载，从这一意义上讲，地震作用必然是其内部各频率简谐荷载作用的综合，简谐荷载也可看作是地震作用的基础。有研究指出[新1],频率接近的简谐荷载引起的结构响应近似，甚至在某一频率段（例如线性谐响应共振区外）结构响应也呈现一定的规律，这将

2、给结构计算选择荷载频率带来大大简化，也使利用简谐荷载研究结构失效机理及破坏判别准则成为可能。通过大量的非线性算例发现，虽然网壳结构在较大幅值的简谐动力荷载作用下最终都会发生弹塑性失稳一一倒塌破坏，但是倒塌Z前结构的响应却不尽相同。在某些频率激励下，网壳结构破坏突然，倒塌前结构内部材料塑性发展很浅,性状变化轻微，结构位移也较小，这种破坏模式属于传统意义上的动力失稳破坏;而与之相对应，在另外一些频率的激励F,网壳结构在倒塌前经历了很长的塑性发展过程，进塑性杆件较多，全截面进入塑性的杆件在结构中连续分布，结构内部性状与初始态相比已经发生了本质上的变化，导致结构刚度严重弱化而无法继续承载

3、，这种破坏模式与前者不同，结构达到倒塌极限荷载时，位移较大，塑性发展很深，已不能满足正常使用要求，应认为结构在此Z前已经达到强度极限，应归属于动力强度破坏范畴。现分别介绍这两种破坏模式的响应特征。弹塑性结构位移在材料进入塑性后即偏离纯弹性曲线，且随塑性发展深度增加偏移逐渐增人，在经历较长的刚度不断弱化的过程后发生弹塑性失稳，此时结构塑性发展深入，我们认为这是动力强度破坏的重要特征。结构弹塑性失稳时表现为两种状态，从宏观位移指标上看，一是从仅考虑儿何非线性（线弹性材料）曲线上突然“分岔”失稳，一是逐渐偏离经历较长的刚度弱化过程后发生失稳。从节点位移时程曲线上看，动力强度破坏的历程是

4、结构随荷载幅值的增大在新位置平衡运动的过程，其中伴随塑性的持续发展，而动力失稳情况下结构无法在较大的变形位置平衡，结构一日•发生较大的变形则由于儿何非线性的作用位移发散；从微观塑性发展上看，前者较浅，后者塑性发展深入，对应了统一在弹蛾性失稳下的动力失稳和动力强度破坏。可以说，结构的动力破坏是两个菲线性共同作用的结果，结构与荷载的不同对应决定了不同的破坏趋势，至于其规律需要经过大量双重非线性下的参数化分析统计获得。无论是水平谐响应分析还是竖向谐响应分析，网壳结构都存在明显的共振频率区间，此区间内的频率成分较区间外的成分能够激起结构更大的响应，目.此区间可能多个。对于水平激励，共振区

5、间只有一个，并以第一阶口振频率为中心；而对于竖向激励，共振区为两个或更多，并对应于某些竖向振型占优势的频段；水平谐响应共振区峰值频率均对应于结构的第1阶振型频率，振型反对称，而竖向谐响应共振区峰值均对应对称振型频率，竖向对称荷载同样可能引起水平向（反对称）较大响应。通过网壳结构的线性谐响应分析可知，外荷载的频谱特性将对结构的响应产生重要影响。如杲外荷载的频谱成分主要集中于共振区内，必然使网壳结构响应剧烈，反Z亦然。1.1.2阶跃荷载阶跃荷载是最简单的动力荷载，它的幅值不随时间变化，容易与静荷载建立联系，阶跃荷载体现了结构抗干扰的能力，研究阶跃荷载作用下网壳结构的动力稳定性是研究其

6、在风荷载和地震等复杂动力荷载作用下的动力稳定性的基础。研究发现［新2］,单层球面网壳在突加阶跃荷载作用下，结构动力稳定临界力无论材料线弹性或弹塑性，均小于静力稳定临界力，弹蛾性动力稳定临界力小于弹性的，无阻尼动力稳定临界力小于有阻尼的。考虑杆件弹塑性本构关系，动力稳定临界力比弹性时降低40%〜50%,材料非线性对结构动力稳定性的影响大于几何非线性。阻尼使结构动力稳定临界力增加40%〜50%。初始几何缺陷导致结构动力稳定临界力大幅度降低，降低幅度与缺陷模态选取有关，随缺陷值增加而增大。阶跃荷载可以简单分为竖向阶跃荷载和水平阶跃荷载。竖向阶跃荷载是一种相对简单的动力作用，在实际工程中

7、很少遇到，但首先明确在简单荷载下结构静、动力失稳临界荷载的定量关系是十分必要的，它可作为解决结构在地震作用下失稳问题的一个循序渐进的理论研究步骤［新4］。对于水平阶跃荷载，研究发现［新3］,对于一般按垂直均布竖向荷载设计的网売结构，由于矢跨比的不同，在水平阶跃荷载作用下，其动力稳定性临界荷载相差很大，矢跨比大的的网壳结构抵抗水平荷载的能力更差。初始儿何缺陷对在水平阶跃荷载作用下的网売动力稳定性临界荷载有显著的影响，因矢跨比的不同影响程度相差较大。考虑阻尼能够提高网壳结构的动力稳定