基本介紹
- 中文名：階躍荷載
- 外文名：step load
- 函式表達式：荷載F=某常數A（時間t>0）
- 特點：荷載值不隨時間變化而變化
- 來源：階躍函式
- 學科：結構力學
簡介,階躍荷載作用下單層球面網殼動力破壞研究,階躍荷載下網殼動力回響的特點,結論,
簡介
階躍荷載是最簡單的動力荷載，它的幅值不隨時間變化，其函式表達式為荷載F=某常數A（時間t>0），即荷載值不隨時間變化而變化。階躍荷載體現了結構抗干擾的能力，其研究對地震作用下的網殼動力破壞研究具有重要的參考價值。
階躍荷載作用下單層球面網殼動力破壞研究
利用有限元分析軟體ANSYS，桿件採用梁單元(Pipe20單元)，綜合巨觀和微觀兩個方面、多項特徵回響指標分析了階躍荷載下結構的破壞特點、破壞荷載的定義，研究了荷載方向、屋面重量、矢跨比、初始缺陷以及跨度對結構動力破壞的影響，為網殼結構在強震下的動力破壞研究提供必要的理論支持。
單層球面網殼考慮沿球殼曲面均布的滿跨靜荷載分別為100、200、300、400kg /m2，以集中質量的形式作用於節點；阻尼假定為Reileigh阻尼，阻尼比0.02；網殼的節點均為剛性連線，周邊支承形式為三向固定鉸支；模型按1/300一致缺陷下2倍重力安全度選取桿件截面，滿足實際工程要求；初始缺陷採用一致缺陷模態。
階躍荷載下網殼動力回響的特點
取40m跨度理想無缺陷K8型單層球面網殼、矢跨比1/3在水平階躍荷載下為例。
圖1
圖1由圖1a和圖1b，結構在較小的荷載幅值下保持彈性工作，位移也基本按比例遞增；荷載幅值達到375gal 時結構材料開始出現塑性，有兩根1P(在單元截面8個積分點中至少一個進入塑性，其餘類推)桿件出現；隨後，塑性隨荷載遞增不斷發展，結構位移持續增大，在700gal 時位移曲線發生明顯轉折，說明結構剛度此時由於材料塑性發展已經明顯弱化，達到825gal 後節點最大位移、塑性發展程度、結構總變形能等特徵回響指標發生突變，結構倒塌破壞。縱觀各回響指標表明，荷載幅值825gal 是明顯的結構弱化點，定義其為結構動力破壞臨界荷載是合理的；在臨界荷載下，1P桿件比例28.1% ，8P桿件比例10.3% ，位移0.15m，位移延性係數(結構中最大節點位移與進入塑性時刻最大節點位移之比)4.0。
階躍荷載在頻域上是一個超低頻動力作用，其動力破壞特點應當與低頻簡諧荷載規律類似，更進一步說，應該與靜力作用也近似。取本例與同一網殼結構在1.0Hz水平簡諧荷載結果比較，兩者破壞荷載接近，簡諧荷載680gal 略小於階躍荷載的825gal，塑性發展範圍相當(如圖2)，對比其它算例基本體現了這一特點；對比荷載幅值-節點最大位移曲線(圖1c)，簡諧荷載動力失穩現象更加明顯，而階躍荷載塑性發展稍好，在位移曲線上表現為較簡諧荷載有一明顯的偏轉，在一定程度上體現了動力強度破壞的特徵，但是這一過程較短即達到破壞臨界荷載，所以將此算例歸結為動力失穩或動力強度破壞都不合適，其擁有了兩者的回響特點，破壞特徵介於兩者之間。
圖2
圖2表1給出了主要參與振型的對比，結構主要參與振型相對比較集中，階數分散，均以第一階(1、2階為變形軸向垂直的同一振型)反對稱振型為主，第4階反對稱振型也有較大參與，其餘均以對稱振型運動為主。
結論
K8型單層球面網殼在階躍荷載下的回響接近於低頻簡諧荷載，但尚有區別，動力強度破壞與動力失穩沒有明顯界限。理想結構達到破壞臨界荷載時，8P比例一般在10%左右，表明結構塑性發展不深；荷載幅值-位移曲線在破壞前大部近似於彈性，破壞較突然；結構位移延性係數均達到2.0以上；缺陷對結構宏、微觀回響的影響較大。
表一
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