單層球殼在地震作用下基于最大熵法的破壞模式預(yù)測.pdf

1、單層球面網(wǎng)殼在地震作用下破壞模式研究是目前土木工程領(lǐng)域重要研究課題之一，判定單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的破壞模式一直是該類研究的重點，目的在于指導(dǎo)設(shè)計，避免出現(xiàn)失穩(wěn)類無征兆的破壞，因此預(yù)測單層球殼在地震作用下的破壞形式既具有理論的必要性，也具有實際工程價值。單層球殼是高次超靜定結(jié)構(gòu)，而地震作用本身亦具有隨機性，故導(dǎo)致網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的破壞機理復(fù)雜，破壞模式具有很強的隨機性，這類結(jié)構(gòu)在地震作用下預(yù)測破壞形式具有較大的難度。本文從數(shù)學(xué)與信息論中引入最大熵法概

2、念，同時充分考慮了結(jié)構(gòu)響應(yīng)的隨機性，通過結(jié)構(gòu)最大位移概率密度函數(shù)來判斷與預(yù)測結(jié)構(gòu)的破壞模式。 為了判斷與預(yù)測一個單層球殼結(jié)構(gòu)在地震下的破壞形式，以跨度40m、50m、矢跨比為1/5、1/7的K8型單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為例，同時考慮幾何非線性與材料非線性，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行了地震作用下破壞模式的分析。利用有限元方法計算得到的若干樣本，通過最大熵原理建立了破壞最大位移概率密度函數(shù)與結(jié)構(gòu)破壞模式的定量關(guān)系，進而合理選取兩級地震動，通過這兩級地

3、震動下的最大位移概率密度函數(shù)最大峰值差來預(yù)測結(jié)構(gòu)的破壞模式。 本文獲得以下研究成果： 1．根據(jù)反應(yīng)譜、功率譜和傅里葉幅值譜間的數(shù)學(xué)關(guān)系以及三角級數(shù)迭加來模擬地震動加速度，并通過對6秒以后反應(yīng)譜曲線的設(shè)定和對幅值譜與相位譜的調(diào)整，得出了可較好地擬合目標(biāo)反應(yīng)譜的地震動加速度時程。對修正分量的個數(shù)、調(diào)整相位譜的條件、幅值譜與相位譜迭代修正順序亦做了研究，討論了幅值譜與相位譜調(diào)整的效果，給出了具體擬合的建議。 2．基于信

4、息論中最大熵的概念，探討了最大熵法的可靠度理論在網(wǎng)殼工程中的應(yīng)用。討論了樣本的均值、標(biāo)準(zhǔn)差對收斂性的影響，以及樣本數(shù)量與最大熵法階數(shù)對概率密度函數(shù)、超越概率、可靠指標(biāo)精度的影響。提出結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)采用四階矩法的建議，并給出應(yīng)用該方法時精度控制的若干措施。 3．基于最大熵法研究了單層球面網(wǎng)殼在地震作用下的破壞模式，克服了地震作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)復(fù)雜、隨機性強的難點。通過對不同結(jié)構(gòu)、不同場地條件地震作用下破壞最大位移、極限加速度峰值

5、概率密度函數(shù)、最大位移一荷載幅值全過程曲線的研究，給出了結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)、強度破壞、中間狀態(tài)三種破壞模式的判別方法。 4．基于最大熵法研究了單層球面網(wǎng)殼在地震作用下破壞模式的預(yù)測方法。給出了合理選擇兩級地震動的具體方法，通過所選取的兩級地震動下最大位移概率密度函數(shù)最大峰值差的分析，提出了結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)、強度破壞、中間狀態(tài)三種破壞模式的預(yù)測方法，并在保證精度前提下進行了樣本個數(shù)對比分析，給出了適宜的樣本個數(shù)取值。 本文的創(chuàng)新點在

6、于： 1．對諧波合成法的研究。通過給出6秒以后反應(yīng)譜曲線來解決新抗震規(guī)范反應(yīng)譜模擬人造地震動產(chǎn)生的飄離零均值問題。 2．通過對最大熵法的研究，發(fā)現(xiàn)最大熵理論四階矩法具有較高的精度，可以適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析。 3．通過對單層球面網(wǎng)殼在地震作用下的破壞模式研究，引入最大熵法，克服了地震作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)具有隨機性的難點，給出了三種破壞模式的判別方法。 4．通過對單層球面網(wǎng)殼在地震作用下最大位移概率密度函數(shù)的