大跨度空间网格结构抗震性能与可靠度

前言

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 大跨度空间结构的发展前景

1.3 大跨度空间结构的发展趋势

1.3.1 网架结构研究的发展趋势

1.3.2 网壳结构研究的发展趋势

1.3.3 悬索结构研究的发展趋势

1.3.4 薄膜结构研究的发展趋势

1.3.5 索穹顶结构的发展趋势

1.4 大跨度空间结构震害与经验

1.4.1 1976年唐山地震

1.4.2 1985年新疆乌恰地震

1.4.3 1995年日本阪神地震

1.5 大跨度空间结构抗震构造和措施

1.5.1 合理的支座构造

1.5.2 合理的结构体系

1.5.3 结构减震控制

1.6 抗震设防

1.6.1 三水准设防目标

1.6.2 两阶段设计方法

1.7 大跨度空间结构抗震验算中尚需解决的问题

1.7.1 多点输入尚需解决的问题

1.7.2 多维多点输入尚需解决的问题

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

参考文献

第2章 大跨度空间结构的分类

2.1 基于刚性差异分类

2.2 基于主要受力构件分类

2.3 基于有限元方法分类

2.4 基于大跨度空间结构骨架类型的分类方法

2.5 空间结构新分类

参考文献

第3章 网架结构

3.1 网架结构概述

3.1.1 网架结构的优越性

3.1.2 国内外网架结构应用概况

3.2 网架结构的形式与选型

3.2.1 网架结构的形式和分类

3.2.2 三层网架

3.2.3 常见的圆形边界网架

3.2.4 我国首次采用各种形式网架的工程实例

3.2.5 网架结构的选型

3.3 网架结构设计的一般原则

3.3.1 网架的高跨比和格跨比

3.3.2 起拱与找坡

3.3.3 柱帽

3.3.4 悬臂长度

3.3.5 网架支撑方式

3.3.6 网架水平支撑

3.3.7 再分杆

3.3.8 网架自重估算

3.3.9 网架挠度限值

3.3.10 杆件设计

3.3.11 焊接钢板节点

3.3.12 焊接空心球节点

3.3.13 螺栓球节点

3.4 各类派生的新型网架结构

3.4.1 组合网架结构

3.4.2 杂交网架结构

3.4.3 网架结构的其他新形式

参考文献

第4章 网架的设计和计算

4.1 基本假定

4.2 网架结构分析计算方法概述

4.3 网架结构各种计算方法的比较

4.4 网架的设计

4.4.1 荷载和作用

4.4.2 网架的计算

4.5 网架结构的抗震分析

4.5.1 网架结构的振动方程和动力特性

4.5.2 网架结构的地震反应分析

4.6 算例

参考文献

第5章 网壳结构

5.1 引言

5.1.1 网壳基本概念

5.1.2 国内外网壳结构应用概况

5.2 网壳结构的形式与选型

5.2.1 网壳结构的形式与分类

5.2.2 我国代表性的网壳结构工程实例

5.2.3 网壳结构的选型

5.3 网壳结构设计的一般原则

5.3.1 网壳的矢跨比和厚跨比

5.3.2 网壳的网格尺寸和网格数

5.3.3 网壳的边缘构件

5.3.4 挠度限值

5.3.5 杆件设计

5.3.6 网壳节点

5.4 各类派生的新型网壳结构

5.4.1 组合网壳结构

5.4.2 杂交网壳结构

5.4.3 网壳结构的其他新形式

参考文献

第6章 网壳的设计和计算

6.1 引言

6.1.1 网壳结构分析设计的主要内容

6.1.2 网壳结构的荷载和作用

6.1.3 网壳结构分析的计算模型

6.2 荷载的作用及效应组合

6.2.1 荷载的作用和类型

6.2.2 荷载效应组合

6.3 网壳结构分析的计算方法及其分类

6.4 网壳结构分析的有限单元法——空间刚架位移法

6.4.1 基本假定

6.4.2 空间梁单元的坐标系定义及坐标变换矩阵

6.4.3 两端刚接空间梁单元的单元刚度矩阵

6.4.4 基本方程式的建立及结构总刚度矩阵

6.4.5 边界条件支座沉降及施工安装荷载

6.4.6 温度变化和温度应力的计算

6.5 网壳的抗震计算

6.5.1 地震作用

6.5.2 网壳的振动方程

6.5.3 抗震分析

6.6 网壳结构的稳定性分析

6.6.1 概述

6.6.2 影响网壳结构稳定性的主要因素

6.6.3 网壳结构稳定性分析的连续化方法

6.6.4 网壳结构稳定性分析的有限单元法

6.6.5 网壳结构的稳定设计

6.7 算例

6.7.1 算例1——星形网壳

6.7.2 算例2——七杆件桁架

6.7.3 算例3——拱桁架

6.7.4 算例4——凯威特网壳

参考文献

第7章 大跨度空间网格结构的抗震分析

7.1 大跨度空间网格结构的动力矩阵

7.1.1 质量矩阵

7.1.2 阻尼矩阵

7.1.3 刚度矩阵

7.2 大跨度空间网格结构自振特性

7.2.1 邓克利法

7.2.2 矩阵迭代法

7.2.3 瑞利法

7.2.4 瑞利-里茨法

7.2.5 子空间迭代法

7.3 地震响应振型分解法与振型分解反应谱法

7.3.1 振型分解法

7.3.2 振型分解反应谱法

7.4 地震响应时程分析

7.4.1 基本思路与步骤

7.4.2 线性加速度法

7.4.3 Wilson-θ法

7.4.4 地震波的选取与调整

7.5 算例

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

7.5.2 算例2——单层球面网壳动力失效

参考文献

第8章 多维多点地震作用下结构随机响应分析

8.1 多维地震作用下结构响应分析方法回顾

8.1.1 引言

8.1.2 多维多点输入下结构地震反应分析方法

8.2 多维平稳随机地震响应分析理论与方法

8.2.1 虚拟激励法

8.2.2 多维虚拟激励随机振动分析理论与方法

8.2.3 多维地震动的随机模型及相关性

8.3 网壳结构多维多点非平稳随机地震响应分析方法

8.3.1 多维多点非平稳虚拟激励法的理论公式

8.3.2 峰值反应的估计

8.4 结构动力可靠度及PDEM在大跨度空间结构中的应用

8.4.1 基本概念

8.4.2 PDEM在非线性随机单层球面网壳结构中的应用

8.4.3 随机大跨度空间结构动力反应的极值分布

8.4.4 求取随机大跨度结构动力反应极值分布的步骤

8.5 算例

8.5.1 算例1——多维地震动激励下单层球面网壳动力响应

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

8.6 建议与展望

参考文献

第9章 结构可靠度基本理论

9.1 结构设计方法的发展

9.2 结构可靠性与可靠度

9.2.1 结构功能函数与极限状态

9.2.2 结构的空间状态

9.2.3 结构可靠度与可靠度指标

9.3 常规可靠度方法

9.3.1 一次可靠度方法

9.3.2 二次可靠度方法

9.3.3 结构可靠度分析的蒙特卡罗法

9.3.4 统计矩法

9.4 结构动力可靠度理论基础

9.4.1 概述

9.4.2 基于极值分布的动力可靠性

9.4.3 基于累积损伤破坏机制的疲劳可靠性

参考文献

第10章 大跨度空间结构的非线性敏感性分析

10.1 由直接微分法推导广义响应敏感性方程

10.1.1 回顾有限元响应方程

10.1.2 高级响应敏感性方程

10.1.3 关于材料参数的位移敏感性

10.1.4 非线性敏感性方程

10.1.5 关于节点坐标的位移敏感性

10.1.6 关于荷载参数的位移敏感性

10.2 单轴Bouc-Wen模型

10.2.1 基本模型假设

10.2.2 增量响应方程

10.3 单轴光滑双线性材料

10.3.1 基本模型假定

10.3.2 光滑圆弧段的尺寸

10.3.3 修正圆弧段

10.4 敏感性结果的不连续性

10.5 参数重要性量度

10.6 算例

10.6.1 算例1——简单非线性功能函数

10.6.2 算例2——含三个变量的非线性功能函数

10.6.3 算例3——11弦杆平面桁架结构

10.6.4 算例4——双层柱面网壳的敏感性分析

10.6.5 算例5——输电塔

10.6.6 算例6——平板网架结构

参考文献

第11章 大跨空间结构的非线性有限元可靠度分析

11.1 基于性能的地震工程中的可靠度分析

11.2 随机模型

11.2.1 边缘分布函数的种类

11.2.2 自定义分布

11.2.3 相关性结构

11.2.4 联合概率分布

11.3 功能函数

11.3.1 构件和系统可靠度问题

11.3.2 功能函数的一般特点

11.3.3 基于性能的地震工程的功能函数

11.4 计算功能函数概率和响应统计

11.4.1 二阶矩响应统计

11.4.2 一次可靠度方法

11.4.3 重要抽样分析

11.4.4 参数可靠度分析

11.4.5 系统可靠度分析

11.5 搜索设计点

11.5.1 一般的搜索方法

11.5.2 收敛准则

11.5.3 子步大小的选取和限制搜索至可靠域

11.5.4 梯度投影法

11.5.5 iHLRF算法

11.5.6 Polak-He算法

11.5.7 连续二次规划法

11.6 算例

11.6.1 算例1——简单非线性功能函数

11.6.2 算例2——简单桁架结构

11.6.3 算例3——11弦杆平面桁架结构

11.6.4 算例4——双层柱面网壳结构

11.6.5 算例5——网架结构的可靠度研究

参考文献

第12章 基于功能度量法的空间网格结构的可靠度分析

12.1 引言

12.2 可靠度指标法与功能度量法

12.2.1 可靠度指标法

12.2.2 功能度量法

12.3 算例1——四种矢跨比下双层柱面网壳的可靠度研究

12.3.1 模型参数

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

12.3.3 双层柱面网壳的可靠度分析

12.3.4 双层柱面网壳的敏感性分析

12.3.5 双层柱面网壳的可靠度及敏感性分析

12.3.6 双层柱面网壳的可靠度及敏感性分析

12.3.7 双层柱面网壳的可靠度及敏感性分析

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

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

12.4.2 双层球面网壳的可靠度及敏感性分析

12.5 结论

参考文献

第13章 双层球面网壳的静动力失效分析

13.1 引言

13.2 网壳结构能量平衡方程及单元介绍

13.2.1 结构耗能机理及动力失效指标

13.2.2 Link8单元

13.3 静力荷载作用下双层球面网壳失效分析

13.3.1 双层球面网壳结构模型

13.3.2 矢跨比1/3~1/6

13.3.3 矢跨比1/3

13.3.4 矢跨比1/4

13.3.5 矢跨比1/5

13.3.6 矢跨比1/6

13.4 双层球面网壳结构动力失效分析

13.4.1 矢跨比1/3

13.4.2 矢跨比1/4

13.4.3 矢跨比1/5

13.4.4 矢跨比1/6

参考文献

《大跨度空间网格结构抗震性能与可靠度》以大跨度空间结构地震响应分析、敏感性和可靠度为研究内容，对大跨度空间结构的抗震设计原理、震害特点、地震可靠性及抗震性能等内容进行阐述，并以实例形式详细介绍了大跨度空间结构抗震理论与计算方法、大跨度空间结构的非线性可靠度分析方法、大跨度空间结构的损伤破坏评定方法及双层球面网壳结构的失效机理和破坏过程等。《大跨度空间网格结构抗震性能与可靠度》将抗震分析理论和工程应用相结合，具有很强的先进性和实用性。《大跨度空间网格结构抗震性能与可靠度》可供土木、建筑专业的工程技术人员阅读，也可作为高等学校相关专业本科生及研究生的参考书。