大跨度空间网络结构抗震性能与可靠度PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2大跨度空间结构的发展前景 1

1.3大跨度空间结构的发展趋势 2

1.3.1网架结构研究的发展趋势 3

1.3.2网壳结构研究的发展趋势 4

1.3.3悬索结构研究的发展趋势 5

1.3.4薄膜结构研究的发展趋势 6

1.3.5索穹顶结构的发展趋势 6

1.4大跨度空间结构震害与经验 7

1.4.1 1976年唐山地震 7

1.4.2 1985年新疆乌恰地震 7

1.4.3 1995年日本阪神地震 8

1.5大跨度空间结构抗震构造和措施 10

1.5.1合理的支座构造 10

1.5.2合理的结构体系 11

1.5.3结构减震控制 11

1.6抗震设防 12

1.6.1三水准设防目标 12

1.6.2两阶段设计方法 12

1.7大跨度空间结构抗震验算中尚需解决的问题 13

1.7.1多点输入尚需解决的问题 13

1.7.2多维多点输入尚需解决的问题 14

1.7.3多点地震输入反应谱分析方法尚需进一步研究的问题 15

参考文献 16

第2章 大跨度空间结构的分类 18

2.1基于刚性差异分类 19

2.2基于主要受力构件分类 19

2.3基于有限元方法分类 20

2.4基于大跨度空间结构骨架类型的分类方法 26

2.5空间结构新分类 27

参考文献 31

第3章 网架结构 33

3.1网架结构概述 33

3.1.1网架结构的优越性 33

3.1.2国内外网架结构应用概况 34

3.2网架结构的形式与选型 35

3.2.1网架结构的形式和分类 35

3.2.2三层网架 38

3.2.3常见的圆形边界网架 38

3.2.4我国首次采用各种形式网架的工程实例 40

3.2.5网架结构的选型 40

3.3网架结构设计的一般原则 41

3.3.1网架的高跨比和格跨比 41

3.3.2起拱与找坡 41

3.3.3柱帽 42

3.3.4悬臂长度 42

3.3.5网架支撑方式 42

3.3.6网架水平支撑 43

3.3.7再分杆 43

3.3.8网架自重估算 44

3.3.9网架挠度限值 44

3.3.10杆件设计 44

3.3.11焊接钢板节点 45

3.3.12焊接空心球节点 45

3.3.13螺栓球节点 46

3.4各类派生的新型网架结构 48

3.4.1组合网架结构 48

3.4.2杂交网架结构 48

3.4.3网架结构的其他新形式 50

参考文献 52

第4章 网架的设计和计算 54

4.1基本假定 54

4.2网架结构分析计算方法概述 54

4.3网架结构各种计算方法的比较 54

4.4网架的设计 55

4.4.1荷载和作用 55

4.4.2网架的计算 58

4.5网架结构的抗震分析 69

4.5.1网架结构的振动方程和动力特性 69

4.5.2网架结构的地震反应分析 71

4.6算例 74

参考文献 79

第5章 网壳结构 80

5.1引言 80

5.1.1网壳基本概念 80

5.1.2国内外网壳结构应用概况 80

5.2网壳结构的形式与选型 83

5.2.1网壳结构的形式与分类 83

5.2.2我国代表性的网壳结构工程实例 88

5.2.3网壳结构的选型 91

5.3网壳结构设计的一般原则 91

5.3.1网壳的矢跨比和厚跨比 91

5.3.2网壳的网格尺寸和网格数 92

5.3.3网壳的边缘构件 92

5.3.4挠度限值 92

5.3.5杆件设计 93

5.3.6网壳节点 93

5.4各类派生的新型网壳结构 94

5.4.1组合网壳结构 94

5.4.2杂交网壳结构 94

5.4.3网壳结构的其他新形式 97

参考文献 98

第6章 网壳的设计和计算 100

6.1引言 100

6.1.1网壳结构分析设计的主要内容 100

6.1.2网壳结构的荷载和作用 100

6.1.3网壳结构分析的计算模型 100

6.2荷载的作用及效应组合 101

6.2.1荷载的作用和类型 101

6.2.2荷载效应组合 104

6.3网壳结构分析的计算方法及其分类 105

6.4网壳结构分析的有限单元法——空间刚架位移法 105

6.4.1基本假定 105

6.4.2空间梁单元的坐标系定义及坐标变换矩阵 106

6.4.3两端刚接空间梁单元的单元刚度矩阵 109

6.4.4基本方程式的建立及结构总刚度矩阵 113

6.4.5边界条件支座沉降及施工安装荷载 114

6.4.6温度变化和温度应力的计算 114

6.5网壳的抗震计算 115

6.5.1地震作用 115

6.5.2网壳的振动方程 115

6.5.3抗震分析 116

6.6网壳结构的稳定性分析 116

6.6.1概述 116

6.6.2影响网壳结构稳定性的主要因素 119

6.6.3网壳结构稳定性分析的连续化方法 120

6.6.4网壳结构稳定性分析的有限单元法 120

6.6.5网壳结构的稳定设计 121

6.7算例 123

6.7.1算例1——星形网壳 123

6.7.2算例2——七杆件桁架 125

6.7.3算例3——拱桁架 126

6.7.4算例4——凯威特网壳 127

参考文献 128

第7章 大跨度空间网格结构的抗震分析 129

7.1大跨度空间网格结构的动力矩阵 129

7.1.1质量矩阵 129

7.1.2阻尼矩阵 131

7.1.3刚度矩阵 132

7.2大跨度空间网格结构自振特性 134

7.2.1邓克利法 134

7.2.2矩阵迭代法 134

7.2.3瑞利法 134

7.2.4瑞利-里茨法 135

7.2.5子空间迭代法 135

7.3地震响应振型分解法与振型分解反应谱法 135

7.3.1振型分解法 135

7.3.2振型分解反应谱法 137

7.4地震响应时程分析 139

7.4.1基本思路与步骤 139

7.4.2线性加速度法 139

7.4.3 Wilson-θ法 141

7.4.4地震波的选取与调整 142

7.5算例 143

7.5.1算例1——拉索预应力局部带肋单层球面网壳模态分析 143

7.5.2算例2——单层球面网壳动力失效 145

参考文献 149

第8章 多维多点地震作用下结构随机响应分析 150

8.1多维地震作用下结构响应分析方法回顾 150

8.1.1引言 150

8.1.2多维多点输入下结构地震反应分析方法 151

8.2多维平稳随机地震响应分析理论与方法 155

8.2.1虚拟激励法 155

8.2.2多维虚拟激励随机振动分析理论与方法 156

8.2.3多维地震动的随机模型及相关性 159

8.3网壳结构多维多点非平稳随机地震响应分析方法 160

8.3.1多维多点非平稳虚拟激励法的理论公式 160

8.3.2峰值反应的估计 163

8.4结构动力可靠度及PDEM在大跨度空间结构中的应用 164

8.4.1基本概念 164

8.4.2 PDEM在非线性随机单层球面网壳结构中的应用 164

8.4.3随机大跨度空间结构动力反应的极值分布 165

8.4.4求取随机大跨度结构动力反应极值分布的步骤 165

8.5算例 166

8.5.1算例1——多维地震动激励下单层球面网壳动力响应 166

8.5.2算例2——多维多点地震荷载激励下大跨度空间结构的可靠度计算 168

8.6建议与展望 174

参考文献 174

第9章 结构可靠度基本理论 179

9.1结构设计方法的发展 179

9.2结构可靠性与可靠度 179

9.2.1结构功能函数与极限状态 180

9.2.2结构的空间状态 180

9.2.3结构可靠度与可靠度指标 181

9.3常规可靠度方法 183

9.3.1一次可靠度方法 183

9.3.2二次可靠度方法 198

9.3.3结构可靠度分析的蒙特卡罗法 203

9.3.4统计矩法 205

9.4结构动力可靠度理论基础 207

9.4.1概述 207

9.4.2基于极值分布的动力可靠性 209

9.4.3基于累积损伤破坏机制的疲劳可靠性 211

参考文献 212

第10章 大跨度空间结构的非线性敏感性分析 216

10.1由直接微分法推导广义响应敏感性方程 216

10.1.1回顾有限元响应方程 217

10.1.2高级响应敏感性方程 222

10.1.3关于材料参数的位移敏感性 223

10.1.4非线性敏感性方程 225

10.1.5关于节点坐标的位移敏感性 226

10.1.6关于荷载参数的位移敏感性 229

10.2单轴Bouc-Wen模型 230

10.2.1基本模型假设 230

10.2.2增量响应方程 231

10.3单轴光滑双线性材料 232

10.3.1基本模型假定 232

10.3.2光滑圆弧段的尺寸 233

10.3.3修正圆弧段 234

10.4敏感性结果的不连续性 236

10.5参数重要性量度 239

10.6算例 241

10.6.1算例1——简单非线性功能函数 241

10.6.2算例2——含三个变量的非线性功能函数 241

10.6.3算例3——11弦杆平面桁架结构 242

10.6.4算例4——双层柱面网壳的敏感性分析 246

10.6.5算例5——输电塔 252

10.6.6算例6——平板网架结构 260

参考文献 270

第11章 大跨空间结构的非线性有限元可靠度分析 273

11.1基于性能的地震工程中的可靠度分析 273

11.2随机模型 275

11.2.1边缘分布函数的种类 275

11.2.2自定义分布 275

11.2.3相关性结构 276

11.2.4联合概率分布 277

11.3功能函数 280

11.3.1构件和系统可靠度问题 280

11.3.2功能函数的一般特点 280

11.3.3基于性能的地震工程的功能函数 281

11.4计算功能函数概率和响应统计 281

11.4.1二阶矩响应统计 282

11.4.2一次可靠度方法 283

11.4.3重要抽样分析 284

11.4.4参数可靠度分析 285

11.4.5系统可靠度分析 286

11.5搜索设计点 287

11.5.1一般的搜索方法 288

11.5.2收敛准则 288

11.5.3子步大小的选取和限制搜索至可靠域 290

11.5.4梯度投影法 291

11.5.5 iHLRF算法 293

11.5.6 Polak-He算法 295

11.5.7连续二次规划法 296

11.6算例 298

11.6.1算例1——简单非线性功能函数 298

11.6.2算例2——简单桁架结构 298

11.6.3算例3——11弦杆平面桁架结构 300

11.6.4算例4——双层柱面网壳结构 301

11.6.5算例5——网架结构的可靠度研究 306

参考文献 311

第12章 基于功能度量法的空间网格结构的可靠度分析 315

12.1引言 315

12.2可靠度指标法与功能度量法 315

12.2.1可靠度指标法 315

12.2.2功能度量法 317

12.3算例1——四种矢跨比下双层柱面网壳的可靠度研究 320

12.3.1模型参数 320

12.3.2不同矢跨比下双层柱面网壳结构的可靠度对比分析 324

12.3.3双层柱面网壳的可靠度分析 325

12.3.4双层柱面网壳的敏感性分析 326

12.3.5双层柱面网壳的可靠度及敏感性分析 329

12.3.6双层柱面网壳的可靠度及敏感性分析 331

12.3.7双层柱面网壳的可靠度及敏感性分析 334

12.4算例2——四种矢跨比下双层凯威特型球面网壳的可靠度及敏感性研究 337

12.4.1竖向荷载、杆件横截面面积、屈服强度和弹性模量四个随机变量 339

12.4.2双层球面网壳的可靠度及敏感性分析 351

12.5结论 360

参考文献 361

第13章 双层球面网壳的静动力失效分析 363

13.1引言 363

13.2网壳结构能量平衡方程及单元介绍 364

13.2.1结构耗能机理及动力失效指标 364

13.2.2 Link8单元 366

13.3静力荷载作用下双层球面网壳失效分析 368

13.3.1双层球面网壳结构模型 368

13.3.2矢跨比1/3～1/6 371

13.3.3矢跨比1/3 375

13.3.4矢跨比1/4 379

13.3.5矢跨比1/5 381

13.3.6矢跨比1/6 384

13.4双层球面网壳结构动力失效分析 386

13.4.1矢跨比1/3 386

13.4.2矢跨比1/4 395

13.4.3矢跨比1/5 396

13.4.4矢跨比1/6 398

参考文献 400