單層球殼在地震作用下基于最大熵法的破壞模式預測.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域重要研究課題之一，判定單層球面網(wǎng)殼結構的破壞模式一直是該類研究的重點，目的在于指導設計，避免出現(xiàn)失穩(wěn)類無征兆的破壞，因此預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構，而地震作用本身亦具有隨機性，故導致網(wǎng)殼結構的破壞機理復雜，破壞模式具有很強的隨機性，這類結構在地震作用下預測破壞形式具有較大的難度。本文從數(shù)學與信息論中引入最大熵法概

2、念，同時充分考慮了結構響應的隨機性，通過結構最大位移概率密度函數(shù)來判斷與預測結構的破壞模式。 為了判斷與預測一個單層球殼結構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)殼結構為例，同時考慮幾何非線性與材料非線性，對網(wǎng)殼結構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)與結構破壞模式的定量關系，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)最大峰值差來預測結構的破壞模式。 本文獲得以下研究成果： 1．根據(jù)反應譜、功率譜和傅里葉幅值譜間的數(shù)學關系以及三角級數(shù)迭加來模擬地震動加速度，并通過對6秒以后反應譜曲線的設定和對幅值譜與相位譜的調整，得出了可較好地擬合目標反應譜的地震動加速度時程。對修正分量的個數(shù)、調整相位譜的條件、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)殼工程中的應用。討論了樣本的均值、標準差對收斂性的影響，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、可靠指標精度的影響。提出結構分析中應采用四階矩法的建議，并給出應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)殼結構位移響應復雜、隨機性強的難點。通過對不同結構、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，給出了結構動力失穩(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，提出了結構動力失穩(wěn)、強度破壞、中間狀態(tài)三種破壞模式的預測方法，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秒以后反應譜曲線來解決新抗震規(guī)范反應譜模擬人造地震動產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，可以適應復雜結構的分析。 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)殼結構位移響應具有隨機性的難點，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