冲击荷载作用下受损网壳结构全过程动力响应分析(2)

　　不同荷载峰值下的位移最大节点与应力最大杆件时程曲线见图4（c），（d）。从图4（c），（d）可以看出，在冲击的瞬间位移与应力一般只需要几毫秒就达到一个峰值，随后节点的位移、杆件的应力变化都开始稳定下来，一直绕着某个平衡位置小幅振荡，符合冲击作用下的结构响应规律。随着荷载峰值的不断增大，结构振荡越来越小，主要是因为在较大荷载作用下结构的响应会瞬时达到较大值，变形也一次性达到极值。其他点的响应自冲击点位置（壳顶节点）开始，既而发散并传播开来，也就是说，离冲击位置越近的位置，其节点或杆件产生响应的时刻相对越早；离冲击位置越远的位置，其节点或杆件产生响应的时刻相对越晚。同时，随着冲击力荷载峰值的增大，结构响应传播的速率有所加快，结构位置产生响应的时刻有所提前，但是峰值响应出现的时间时早时晚，并未发现有一定的规律。
　　该网壳发生第1次失稳后，继续冲击壳顶时，第2次失稳的荷载比第1次高很多，冲击力荷载峰值达到第1次失稳时的7.14倍，说明本模型虽然为受损结构，但是发生首次失稳后，仍然有很强的抗冲击能力。将结构破环时的荷载峰值560kN等效为重物冲击碰撞，若冲击物的质量为1000kg，则需要3.36m·s-1的速度。
　　而在相应幅值的静力荷载作用下，位移远小于冲击荷载作用下的位移[图4（a）]。在560kN静力荷载作用下，结构最大位移虽为123.65mm，但只是顶点以及第1圈处的位移较大，而其他节点位移很小，结构并不会发生整体破坏。
　　2.4.2受损点加载
　　为了能够更好地了解受损杆件对该结构抗冲击能力的影响，在受损较严重的杆件区域进行加载，得到荷载位移全过程曲线，见图5（a）。从图5（a）可见，损伤点加载的荷载位移曲线与顶点加载荷载位移曲线的特征相似，但是各个荷载峰值对应的位移相对于顶点加载时偏大。当Pmax<25kN时，位移幅值从1.26～10.56mm缓慢增长；当Pmax>25kN时，位移幅值开始迅速增长且超过《网壳结构技术规程》所规定的L/300，判定为结构发生第1次动力失稳，25kN可看作动力稳定临界荷载；当Pmax=40kN时，与加载点相连的2个受损杆件最先发生屈服，最大塑性应变为0.013；与顶点加载相似，随着荷载峰值的增加，位移幅值与屈服的杆件也在不断地增加，当Pmax=200kN时，加载点区域的第3圈环杆屈服且发生整体下凹变形，最大塑性应变为0.117，判定为结构发生第2次动力失稳；当Pmax=300kN时，加载点区域的第4圈环杆屈服，加载点所在的1/6结构区域下凹，最大塑性应变为0.184，判定为结构发生第3次动力失稳；当Pmax=400kN时，位移达到529.7mm，屈服杆件进一步扩散，结构发生大面积凹陷，最大塑性应变为0.281，部分杆件失效，结构发生功能破坏，最终变形见图5（b）。
　　不同荷载峰值下的位移时程与应力时程曲线见图5（c），（d）。从图5（c），（d）可以看出，不同荷载峰值下的位移、应力时程曲线与顶点加载时有相同的变化规律，在冲击的瞬间都达到一个峰值，随后变化开始稳定下来，绕着某个平衡位置小幅振荡。此加载方法下结构发生第1次失稳后，当继续冲击加载点时，第2次失稳的荷载比第1次高更多，达到第1次失稳时的16倍，说明在受损点加载发生首次失稳后，结构仍有很强的抗冲击能力。将结构破环的荷载峰值400kN等效为重物冲击碰撞，若冲击物的质量为1000kg，则需要2.4m·s-1的速度。
　　在相应幅值的静力荷载作用下，位移同样远小于冲击荷载作用下的位移[图5（a）]，但是均大于静力荷载顶点加载的情况，在400kN静力荷载作用下，结构最大位移为209.67mm，结构仍为局部位移过大破坏，而非整体倒塌破坏。在受损点加载时，结构的静动力响应均比顶点加载时大很多，动力临界荷载和结构最终破坏的荷载都比顶点加载时小，说明对于该受损模型来说，受损薄弱部位承受冲击荷载是十分不利的，需要对受损部位进行及时维修加固。
　　3结语
　　（1）在冲击荷载作用下结构的响应远大于同等峰值静力荷载作用下结构的响应，而且在冲击荷载作用下结构较容易发生整体倒塌破坏，在静力荷载作用下结构却更容易发生局部破坏。
　　（2）顶点加载时，主要受力构件是主肋和环杆，斜杆受力较小；结构首次失稳的临界荷载约为结构破坏荷载时的1/16，在结构发生首次失稳后，仍有较强的抗冲击能力。
　　（3）进行受损点加载时，结构的响应规律与顶点加载时相似；但是在受损点施加冲击荷载时，结构的响应大于顶点加载响应，这对结构是十分不利的，所以结构中的受损构件应及时维修加固，以免在遭受冲击荷载时产生不可挽回的损失。
　　参考文献：
　　[1]郭可.单层球面网壳在冲击荷载作用下的动力响应分析[D].太原：太原理工大学，2004.
　　[2]李海旺，郭可，魏剑伟，等.撞击载荷作用下单层球面网壳动力响应模型实验研究[J].爆炸与冲击，2006，26（1）：3945.
　　[3]王多智.冲击荷载下网壳结构的失效机理研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.
　　[4]ZHI Xudong，WANG Duozhi，FAN Feng，et al.Mechanical Behaviors of Singlelayer Reticulated Domes Under Impact[C]//ICAE.Proceedings of the Third International
　　[5]刘伟，高维成.网壳结构损伤识别理论及仿真研究[J].哈尔滨工业大学学报，2006，38（2）：156159.
　　[6]瞿海雁，李国强，孙建运，等.侧向冲击作用下圆钢管混凝土构件的数值模拟分析[J].建筑科学与工程学报，2010，27（1）：8996.

　　论文榜（www.zglwb.com），是一个专门从事期刊推广、投稿辅导的网站。
本站提供如何投稿辅导，寻求投稿辅导代理，快速投稿辅导，投稿辅导格式指导等解决方案：省级投稿辅导/国家级投稿辅导/核心期刊投稿辅导//职称投稿辅导。


期刊鉴别	论文检测	免费论文	特惠期刊	学术答疑	发表流程

搜索

冲击荷载作用下受损网壳结构全过程动力响应分析(2)