王秀麗， 馬肖彤， 梁亞雄， 吳 長(zhǎng)

(1.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院 蘭州，730050)(2.西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心 蘭州，730050)

?

斜向沖擊下單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)*

王秀麗1，2， 馬肖彤1，2， 梁亞雄1，2， 吳 長(zhǎng)1，2

(1.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院 蘭州，730050)(2.西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心 蘭州，730050)

為了研究單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在斜向沖擊荷載下的動(dòng)力響應(yīng)特征及其受力過程，對(duì)一單層K6型網(wǎng)殼模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行力錘激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)、斜向沖擊試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析。基于大比例網(wǎng)殼試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，利用?dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)獲取結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，借助高速攝影機(jī)拍攝沖擊歷程、網(wǎng)殼變形及破壞形態(tài)，通過動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、位移傳感器和加速度傳感器得到了斜向沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵桿件和節(jié)點(diǎn)的時(shí)程響應(yīng)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果初步驗(yàn)證了模型的正確性；單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在斜向沖擊試驗(yàn)中的響應(yīng)模式可以被劃分為3種；斜向沖擊荷載下結(jié)構(gòu)中最不利受載節(jié)點(diǎn)普遍距離支座較遠(yuǎn)；距離沖擊點(diǎn)越近的部位響應(yīng)出現(xiàn)越早，相應(yīng)幅值也越大，響應(yīng)由沖擊部位傳至整個(gè)網(wǎng)殼的時(shí)間約為0.15～1.58 ms；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的動(dòng)力響應(yīng)分析結(jié)果和理論分析吻合度較高。

沖擊試驗(yàn); 響應(yīng)模式; 斜向沖擊荷載; 單層網(wǎng)殼; 動(dòng)力響應(yīng)

引 言

大跨空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為許多城市的地標(biāo)性建筑，這些建筑往往也是人流比較密集的場(chǎng)所，因此，關(guān)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在各類荷載下的安全性能研究一直備受關(guān)注。國(guó)外對(duì)沖擊荷載的研究相對(duì)較早，但大都針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的沖擊作用進(jìn)行研究。Karagiozova等[1]針對(duì)方鋼管中的彈塑性應(yīng)力波傳播角度研究了薄壁方鋼管在軸向沖擊荷載作用下的彈塑性動(dòng)力屈曲問題。國(guó)內(nèi)關(guān)于沖擊荷載作用下構(gòu)件材料和框架的動(dòng)力響應(yīng)已經(jīng)取得很多研究成果[2-5]。關(guān)于大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗沖擊研究，文獻(xiàn)[6-7]采用沖擊試驗(yàn)與數(shù)值分析的方法對(duì)40 m跨度K8型單層球面網(wǎng)殼在低速?zèng)_擊荷載下的動(dòng)力性能進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)[8-9]等對(duì)單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在不同沖擊物質(zhì)量和速度作用下的動(dòng)力響應(yīng)與防護(hù)措施加以研究。以上研究都是基于頂點(diǎn)豎向沖擊的特定沖擊點(diǎn)和特定沖擊方位展開的，而沖擊荷載以何種方式和強(qiáng)度作用于建筑物的何處還不在人們的控制之內(nèi)，因此，有必要對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在不同部位承受不同大小、不同方位的沖擊荷載作用下的動(dòng)力性能進(jìn)行研究。

筆者針對(duì)已有研究的不足，以K6型單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為研究模型，通過力錘激勵(lì)試驗(yàn)進(jìn)行模態(tài)識(shí)別，研究不同點(diǎn)斜向沖擊荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，得到單層網(wǎng)殼在斜向沖擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)特征，為意外荷載作用下單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 模型設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑镵6型單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其跨度為3 m，矢高為0.667 m。共240根桿件，90個(gè)節(jié)點(diǎn)，主肋及環(huán)桿鋼管的截面尺寸為22 mm×3 mm，斜桿鋼管的截面尺寸為14 mm×2 mm，采用球節(jié)點(diǎn)模擬集中質(zhì)量?？紤]將結(jié)構(gòu)承受的屋面荷載轉(zhuǎn)化為附加質(zhì)量，經(jīng)過計(jì)算得出，每個(gè)節(jié)點(diǎn)附加質(zhì)量約為2.0 kg?？紤]節(jié)點(diǎn)尺寸影響，采用實(shí)心球模擬節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)規(guī)格為D80。

1.2 試驗(yàn)裝置與方法

1.2.1 模態(tài)試驗(yàn)

本次模態(tài)試驗(yàn)的測(cè)試系統(tǒng)包括激勵(lì)設(shè)備(LC-2型力錘)、傳感系統(tǒng)(壓電式加速度傳感器)、動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)(DH5923)、東華模態(tài)分析軟件(DHMA-V2.5)，如圖1所示。試驗(yàn)中采用脈沖激勵(lì)中的錘擊單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)法，錘擊點(diǎn)依次選擇除支座處節(jié)點(diǎn)以外的所有節(jié)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)為除錘擊點(diǎn)以外的其他所有節(jié)點(diǎn)。由于試驗(yàn)中的信號(hào)采樣為信號(hào)觸發(fā)方式，將錘擊力控制在設(shè)定量程范圍的10%以上的響應(yīng)進(jìn)行采樣，并且每次激勵(lì)次數(shù)(即采樣時(shí)的觸發(fā)次數(shù))按4次有效激勵(lì)為標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)測(cè)試系統(tǒng)將會(huì)對(duì)4次響應(yīng)值進(jìn)行平均，可以有效地減小誤差。采樣完成后，對(duì)采樣數(shù)據(jù)重新檢查并再次回放計(jì)算頻響函數(shù)數(shù)據(jù)。運(yùn)用DHMA軟件進(jìn)行模態(tài)分析、幾何建模、導(dǎo)入頻響函數(shù)數(shù)據(jù)和參數(shù)識(shí)別，即可得到固有頻率、動(dòng)態(tài)振型圖及阻尼比等模態(tài)分析結(jié)果[10]。

圖1 模態(tài)試驗(yàn)Fig.1 The modal test

1.2.2 沖擊試驗(yàn)

網(wǎng)殼沖擊試驗(yàn)在筆者自行設(shè)計(jì)的沖擊模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，試驗(yàn)臺(tái)總高為5.83 m，坡度為42°。為了模擬不同加載工況，沖擊物沖擊高度可調(diào)節(jié)為400，600，800，1 000，1 200和1 300 mm。沖擊臺(tái)可承載最大沖擊物質(zhì)量為10 t，見圖2。沖擊試驗(yàn)臺(tái)由平臺(tái)段和軌道段組成，沖擊物由軌道頂端或中間某一部位開始沿著軌道運(yùn)動(dòng)，斜向沖擊網(wǎng)殼的不同節(jié)點(diǎn)。通過動(dòng)態(tài)位移傳感器和動(dòng)態(tài)加速度傳感器可分別測(cè)得節(jié)點(diǎn)隨時(shí)間變化的位移和加速度，利用應(yīng)變片測(cè)得桿件隨時(shí)間變化的動(dòng)應(yīng)變(測(cè)量?jī)x器選用東華DH5922和奧地利DEWESoft7動(dòng)態(tài)信號(hào)分析測(cè)試系統(tǒng))。根據(jù)傳感器的標(biāo)定值，將電壓幅值轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)時(shí)程響應(yīng)數(shù)據(jù)。在沖擊的同時(shí)，利用高速攝像機(jī)記錄整個(gè)沖擊過程中結(jié)構(gòu)變形及其破壞形態(tài)。

圖2 沖擊模擬試驗(yàn)臺(tái)Fig.2 Impact simulation test bench

鑒于沖擊試驗(yàn)?zāi)M臺(tái)局限性，頂點(diǎn)和第2環(huán)節(jié)點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)斜向加載，因此沖擊點(diǎn)選取主肋第2環(huán)至底部區(qū)間內(nèi)的3個(gè)節(jié)點(diǎn)(主肋節(jié)點(diǎn)為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn))。根據(jù)前期仿真計(jì)算結(jié)果，結(jié)合試驗(yàn)實(shí)際情況，將應(yīng)變片、位移傳感器、加速度傳感器的測(cè)點(diǎn)布置詳細(xì)情況繪制于圖3中，圖中C為沖擊點(diǎn)，W為位移測(cè)點(diǎn)，A為加速度測(cè)點(diǎn)，數(shù)字為應(yīng)變片編號(hào)。

圖3 沖擊點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)示意圖Fig.3 The impact points and test points

沖擊物分別為直徑100，200和300 mm的3種鋼球。設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況時(shí)，按照鋼球釋放高度相同、撞擊點(diǎn)不同和初始總沖擊能量相同、撞擊點(diǎn)不同的原則進(jìn)行排列組合，一共設(shè)置30種工況。

2 數(shù)值模型及相關(guān)參數(shù)

(1)

本研究桿件材料具體參數(shù)見表1。

表1 桿件材料模型

3 模態(tài)試驗(yàn)分析

圖4 自振頻率對(duì)比圖Fig.4 Contrast of natural frequency

通過模態(tài)試驗(yàn)提取了結(jié)構(gòu)前10階自振頻率，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。從圖中可以看出，試驗(yàn)值和數(shù)值解之間的變化規(guī)律和數(shù)值均較接近，兩者最大差值出現(xiàn)在第3階模態(tài)，相差11.21%。總體而言，試驗(yàn)所得頻率值普遍略小于數(shù)值計(jì)算值，其主要原因在于支座約束條件的影響。在數(shù)值模型中網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)底層節(jié)點(diǎn)均為三向固定鉸支座，而試驗(yàn)中是將網(wǎng)殼通過螺栓與底座連接的，無法達(dá)到理想的固定鉸支座狀態(tài)，因此試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣偠刃∮跀?shù)值模型，進(jìn)而導(dǎo)致各階頻率普遍偏低。另一方面，試驗(yàn)中復(fù)雜的邊界條件，在數(shù)值分析中難以做到完全相同。此外，對(duì)于試驗(yàn)得到的固有頻率及振型也可以采用模態(tài)判定準(zhǔn)則進(jìn)行二次驗(yàn)證：當(dāng)模態(tài)判定準(zhǔn)則為1時(shí)，說明這兩個(gè)向量在一個(gè)比例系數(shù)內(nèi)；當(dāng)模態(tài)判定準(zhǔn)則為0時(shí)，表示這兩個(gè)向量之間不存在線性關(guān)系，估計(jì)出來的模態(tài)比例因子也就失去了意義。從試驗(yàn)得到的振型相關(guān)矩陣校驗(yàn)立體圖可以看到，振型相關(guān)矩陣除主對(duì)角線元素之外，其他元素都比較小。結(jié)合頻率對(duì)比結(jié)果表明，此模態(tài)試驗(yàn)分析的結(jié)果較為可靠，說明了模型制作和數(shù)值模擬的正確性，如圖5所示。

圖5 振型相關(guān)矩陣校驗(yàn)立體圖Fig.5 Modal correlation matrix check stereogram

4 沖擊試驗(yàn)分析

4.1 試驗(yàn)現(xiàn)象與響應(yīng)模式

為尋求斜向沖擊荷載下單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失效過程及其在不同沖擊荷載作用下的響應(yīng)模式，試驗(yàn)中采用不同直徑的沖擊物和不同的釋放高度對(duì)模型開展了不同工況的跟蹤試驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)網(wǎng)殼模型受到較小沖擊荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)整體處于彈性響應(yīng)狀態(tài)，即當(dāng)沖擊結(jié)束后，沖擊物反彈，網(wǎng)殼經(jīng)過受迫振動(dòng)和自由振動(dòng)，最終回到原平衡狀態(tài)，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生殘余大變形，見圖6(a)；當(dāng)沖擊物質(zhì)量和速度較大時(shí)，沖擊結(jié)束后，沖擊區(qū)會(huì)發(fā)生明顯的局部凹陷變形，與沖擊點(diǎn)相連的桿件只會(huì)出現(xiàn)局部彎曲變形，對(duì)該局部構(gòu)件通過修復(fù)加固可以繼續(xù)使用，見圖6(b)；當(dāng)沖擊物質(zhì)量和速度更大時(shí)，與沖擊點(diǎn)相鄰各節(jié)點(diǎn)及其連接桿件出現(xiàn)較大塑性變形，網(wǎng)殼整體也會(huì)隨之發(fā)生大面積不可恢復(fù)的變形，見圖6(c)。綜上所述，可以得到單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在斜向沖擊荷載作用下的3種響應(yīng)模式：a.構(gòu)件和結(jié)構(gòu)未破壞，始終處于彈性階段；b.局部構(gòu)件屈服變形，但可以修復(fù)；c.部分構(gòu)件破壞，結(jié)構(gòu)大面積凹陷。這與理論分析結(jié)果接近，在理論分析結(jié)果中還會(huì)出現(xiàn)局部桿件剪切破壞模式，這種模式只有在沖擊速度很高的條件下才能實(shí)現(xiàn)。由于試驗(yàn)條件的限制，這種響應(yīng)模式無法實(shí)現(xiàn)。

圖6 網(wǎng)殼破壞過程Fig.6 Failure process of reticulated shell

4.2 不同沖擊點(diǎn)響應(yīng)

圖7 軸力變化Fig.7 Variation of axial force

選取沖擊區(qū)軸力最大的兩個(gè)關(guān)鍵桿件，將其軸力極值隨沖擊點(diǎn)變化的試驗(yàn)值和數(shù)值模擬值繪制于圖7中，圖中點(diǎn)4為點(diǎn)3的相鄰主肋點(diǎn)。由于試驗(yàn)無法完成點(diǎn)4的沖擊，因此只將有限元分析值繪于圖中。從所得數(shù)據(jù)可以看出，有限元分析值和試驗(yàn)值較為吻合，最大差距僅為6.9%。由圖可見，隨著沖擊物質(zhì)量增大，各個(gè)不同沖擊點(diǎn)工況下對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵桿件軸力都表現(xiàn)出增大趨勢(shì)，其中，隨著沖擊質(zhì)量的增大，試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值計(jì)算得到的桿件軸力增幅分別為53%和48%。隨著沖擊點(diǎn)從點(diǎn)1到點(diǎn)4變化，由于沖擊點(diǎn)與支座的距離越來越大，結(jié)構(gòu)所受約束程度和剛度也隨之降低，從而使得結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)逐漸增大，其試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值計(jì)算增幅分別為55%和54%。沖擊荷載作用的持時(shí)極短，所以在此沖擊試驗(yàn)中采用動(dòng)態(tài)位移傳感器進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程測(cè)量。選取試驗(yàn)中位移值最大的測(cè)點(diǎn)2作為研究對(duì)象，該測(cè)點(diǎn)在不同沖擊點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的位移極值變化如圖8所示。由于位移傳感器量程有限，無法測(cè)得直徑為300 mm小球的具體試驗(yàn)位移值，故只將其數(shù)值計(jì)算結(jié)果繪于圖中。由圖可見，節(jié)點(diǎn)位移的試驗(yàn)結(jié)果和有限元仿真結(jié)果總體上都表現(xiàn)出相同的增長(zhǎng)趨勢(shì)，與桿件軸力變化情況類似，即沖擊點(diǎn)離支座越遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)位移值就越大。沖擊點(diǎn)為點(diǎn)3時(shí)測(cè)點(diǎn)位移的試驗(yàn)值和數(shù)值解峰值分別為沖擊點(diǎn)為點(diǎn)1時(shí)位移的2倍和1.94倍。由此可見，當(dāng)沖擊點(diǎn)遠(yuǎn)離支座時(shí)，由于其所受約束強(qiáng)度降低，位移響應(yīng)明顯增大，因此在考慮抗沖擊設(shè)計(jì)的單層網(wǎng)殼實(shí)際工程中，適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)遠(yuǎn)離支座部位各構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的剛度和約束強(qiáng)度，能夠降低結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的變形程度，確保結(jié)構(gòu)的安全性。

圖8 位移變化Fig.8 Variation of displacement

與靜力問題相比，動(dòng)力問題應(yīng)該考慮慣性力，而慣性力的大小除了與結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量有關(guān)外，還取決于加速度的大小。為了考察慣性力對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響，試驗(yàn)中測(cè)試了部分節(jié)點(diǎn)的加速度響應(yīng)，如圖9所示。從圖中可以看出：隨著沖擊點(diǎn)由點(diǎn)1改變到點(diǎn)4，加速度峰值也逐漸增大；隨著沖擊物直徑和質(zhì)量增大，加速度響應(yīng)卻逐漸減小。其主要原因在于：沖擊物質(zhì)量較小時(shí)，由于結(jié)構(gòu)剛度均勻，沖擊物無法在沖擊過程中使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形而被反彈，結(jié)構(gòu)僅發(fā)生整體協(xié)調(diào)振動(dòng)變形；當(dāng)沖擊物質(zhì)量較大時(shí)，結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)會(huì)產(chǎn)生較大塑性變形，出現(xiàn)明顯凹陷并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度分布不均勻以及變形不協(xié)調(diào)，因此結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率降低，加速度響應(yīng)也隨之變小。

圖9 加速度變化Fig.9 Variation of acceleration

4.3 特定沖擊點(diǎn)響應(yīng)

由以上分析可知，隨著沖擊點(diǎn)離支座距離的增大，結(jié)構(gòu)響應(yīng)逐漸增大，沖擊試驗(yàn)結(jié)果顯示沖擊點(diǎn)3為該試驗(yàn)?zāi)Ｐ透鳑_擊點(diǎn)中的最不利受力點(diǎn)，因此選用沖擊荷載作用在點(diǎn)3時(shí)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)展開研究。選取沖擊區(qū)桿件2、非沖擊區(qū)桿件5和桿件16在不同工況下軸力開始響應(yīng)的時(shí)刻，最大軸力值出現(xiàn)時(shí)刻以及對(duì)應(yīng)的最大軸力值列于表2中，表中Ts為桿件開始響應(yīng)時(shí)刻，F(xiàn)m和Tm分別為軸力峰值及其出現(xiàn)時(shí)刻。由于每次沖擊物釋放高度與時(shí)間不同，因此軸力開始響應(yīng)的時(shí)間也有所不同。沖擊能量隨著沖擊物質(zhì)量和釋放高度的增大，結(jié)構(gòu)中桿件軸力峰值也隨著沖擊能量的增長(zhǎng)而增大。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出桿件軸力具有如下傳播規(guī)律：首先，桿件軸力均是從沖擊點(diǎn)的位置開始改變繼而向其他桿件傳播開來，即離沖擊點(diǎn)越近的桿件，產(chǎn)生動(dòng)力響應(yīng)的時(shí)刻越早且其幅值也越大，距離沖擊點(diǎn)越遠(yuǎn)的桿件產(chǎn)生響應(yīng)的時(shí)刻越晚且其幅值越??；其次，盡管軸力響應(yīng)的傳播存在先后問題，但整個(gè)傳播過程十分短暫。從與沖擊點(diǎn)相連桿件軸力開始變化到整個(gè)構(gòu)件軸力響應(yīng)均產(chǎn)生變化為止，共耗時(shí) 0.15～1.58 ms 左右，而大部分工況的對(duì)應(yīng)時(shí)間為0.35 ms。各個(gè)桿件軸力達(dá)到極值的時(shí)間介于0.48～8.244 ms之間，并存在較為明顯的差別，但是同一桿件在不同工況下軸力達(dá)到峰值的歷時(shí)卻差別甚微。

為了分析整個(gè)沖擊過程中結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)全過程變化情況，選取某一工況下的任意桿件和節(jié)點(diǎn)，將桿件軸力時(shí)程曲線、節(jié)點(diǎn)位移和加速度時(shí)程曲線分別繪于圖10。由圖可見：3項(xiàng)指標(biāo)均是在沖擊瞬間就達(dá)到峰值，隨后衰減并在某一位置振動(dòng)直至停止，而結(jié)構(gòu)的整個(gè)振動(dòng)過程持時(shí)也極短；加速度時(shí)程中出現(xiàn)2個(gè)極值，第1個(gè)極值也是整個(gè)加速度時(shí)程的峰值，為鋼球首次沖擊引起，第2個(gè)極值為首次沖擊后鋼球反彈再?zèng)_擊結(jié)構(gòu)或者撞擊地面引起，第2個(gè)極值明顯小于首次極值。

表2 桿件軸力動(dòng)態(tài)響應(yīng)

圖10 動(dòng)力響應(yīng)時(shí)程曲線Fig.10 Dynamic response-time history curve

5 結(jié) 論

1) 利用模態(tài)試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)自振頻率以及振型相關(guān)矩陣校驗(yàn)的分析，驗(yàn)證了試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)值模型的正確性，確保了后續(xù)沖擊試驗(yàn)和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

2) 斜向沖擊荷載試驗(yàn)中單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了3種響應(yīng)模式：沖擊物反彈，結(jié)構(gòu)處于彈性階段；部分桿件屈服，結(jié)構(gòu)局部變形，可以修復(fù)；較多構(gòu)件破壞，結(jié)構(gòu)大面積凹陷，無法繼續(xù)使用。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中要合理選擇結(jié)構(gòu)形式，對(duì)桿件進(jìn)行優(yōu)化布置，避免在沖擊荷載下網(wǎng)殼發(fā)生大面積凹陷變形。

3) 在不同沖擊荷載作用下，網(wǎng)殼的桿件軸力和節(jié)點(diǎn)位移響應(yīng)均隨著沖擊點(diǎn)離支座距離的增大而逐漸增大，加速度響應(yīng)變化并無明顯規(guī)律，可見網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在斜向沖擊荷載作用下的不利受荷點(diǎn)為受支座約束較弱的各節(jié)點(diǎn)，所以在實(shí)際工程的抗沖擊設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)提高上部節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的剛度和約束強(qiáng)度。

4) 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)由沖擊點(diǎn)開始向四周快速傳播，距離沖擊點(diǎn)越近的部位響應(yīng)出現(xiàn)的越早，其相應(yīng)幅值越大。本試驗(yàn)的動(dòng)力響應(yīng)由沖擊部位傳至整個(gè)網(wǎng)殼的時(shí)間約為0.15～1.58 ms。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以增加一道柔性防線，使其吸收沖擊能量，延緩沖擊荷載作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)間，降低主體結(jié)構(gòu)的破壞程度。

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10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2016.03.006

*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278236)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011BAK12B07)

2014-04-22；

2014-06-09

TU393.3; TU317; TH82

王秀麗，女，1963年9月生，教授、博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)榇罂缈臻g鋼結(jié)構(gòu)。曾發(fā)表《Experimental study of beam-column connections with web opening in a low-rise steel frame》(《Structral Engineering and Mechanics》2007，Vol.26，No.3)等論文。

E-mail：545784567@qq.com

簡(jiǎn)介：馬肖彤，女，1989年2月生，講師。主要研究方向?yàn)榇罂缈臻g鋼結(jié)構(gòu)。

E-mail：bfmzdxmxt@163.com