【摘 要】
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随着全球气候不断变化,暴风雪等极端恶劣天气发生的频率不断增加。在雨雪荷载或冰雪厚覆盖等荷载作用下,单层球面网壳节点所连多根杆件既可能发生多根杆件同时失效破坏（SIF）,又可能仅单根杆件发生破坏。若初始破坏区域较小,单根杆件失效后引起网壳结构屋面变形,屋顶积雪部分由于天气变化易形成厚冰雪层、厚冰池等,可随屋面结构变形发生流动而产生流动荷载,继而使多根杆件依次失效（SUF）最终导致整体结构倒塌或大范围
【基金项目】
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大跨度单层空间网格结构抗连续性倒塌性能评估及设计方法研究,国家自然科学基金（51608433）； 基于不确定性的大跨度空间网格结构抗连续性倒塌性能状态研究,创新人才推进计划-青年科技新星（2019KJXX-040）；
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随着全球气候不断变化,暴风雪等极端恶劣天气发生的频率不断增加。在雨雪荷载或冰雪厚覆盖等荷载作用下,单层球面网壳节点所连多根杆件既可能发生多根杆件同时失效破坏（SIF）,又可能仅单根杆件发生破坏。若初始破坏区域较小,单根杆件失效后引起网壳结构屋面变形,屋顶积雪部分由于天气变化易形成厚冰雪层、厚冰池等,可随屋面结构变形发生流动而产生流动荷载,继而使多根杆件依次失效（SUF）最终导致整体结构倒塌或大范围坍塌的情况也是可能发生的。因此,本文以Kiewitt-6（K6）型网壳结构缩尺模型抗连续倒塌动力试验为切入点,结合数值模拟与理论分析的方法,对单层球面网壳结构在不同杆件破坏条件下的动力响应特性进行深入研究。具体内容与方法如下:（1）设计并进行K6型网壳结构缩尺模型抗连续倒塌动力试验,得到结构在SUF破坏条件时倒塌模式为:随结构传力路径逐步破坏,“空间拱效应”失效,区域节点下落造成局部坍塌。抗连续倒塌机制为:破坏节点相连杆件为梁机制,剩余杆件多为压杆机制。（2）选取B31梁单元对网壳杆件进行模拟,结合ABAQUS“生死单元”功能实现试验网壳连续倒塌过程动力分析。对比结构动力响应结果发现:与SUF相比,网壳结构在SIF条件下动力响应更为剧烈,增大荷载后二者呈两种不同破坏模式,即网壳结构在SIF破坏条件下更容易发生连续倒塌。（3）针对网壳结构在不同杆件失效条件下动力响应不同这一结论,从不同加载路径、单自由度体系动力效应、无铰拱联合作用下的不同荷载传递模式3个角度对其进行理论分析,并通过简单数值算例验证了相关理论的正确性。（4）对实际工程中较为常见的K6型、TD型和肋环斜杆型三类单层球面网壳结构在不同杆件破坏条件下的动力响应进行全过程非线性研究。考虑矢跨比、杆件截面尺寸重要参数的影响,基于600余例有限元计算结果,可将三种网壳类型在不同工况下的变形情况分为四种破坏模式:模式一,SUF和SIF破坏条件下均发生破坏节点区域局部破坏,且节点最终竖向位移无明显差别;模式二,SUF和SIF破坏条件下均发生破坏节点区域局部破坏,SIF条件下节点最终竖向位移明显偏大;模式三,SUF条件下网壳局部塌陷,而SIF条件下网壳发生整体倒塌;模式四,网壳在SUF和SIF条件下均发生整体倒塌。给出各破坏模式在不同杆件截面尺寸和矢跨比下对应的荷载范围。通过分析不同类型网壳在不同杆件破坏条件下的动力响应,得到不同网壳对杆件不同破坏条件的敏感度排序:K6型>TD型>肋环斜杆型。此外,由荷载-位移曲线可得到各网壳承载能力排序:TD型>K6型>肋环斜杆型;变形能力排序:K6型>TD型>肋环斜杆型。
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