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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1/3～1/6371

13.3.3矢跨比1/3375

13.3.4矢跨比1/4379

13.3.5矢跨比1/5381

13.3.6矢跨比1/6384

13.4双层球面网壳结构动力失效分析386

13.4.1矢跨比1/3386

13.4.2矢跨比1/4395

13.4.3矢跨比1/5396

13.4.4矢跨比1/6398

参考文献400