1、目前網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力失效準(zhǔn)則多以工程經(jīng)驗為主，判斷不同類型網(wǎng)殼的動力失效荷載需要用不同的失效荷載計算公式，且對于弦支穹頂結(jié)構(gòu)或多層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等沒有與之對應(yīng)的動力失效準(zhǔn)則；此外，目前研究中，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬缺少實驗驗證，即需要精細(xì)化模型的動力實驗分析。這是兩個重要且亟待解決的問題，直接關(guān)系到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。然而，對這兩個問題研究進(jìn)展緩慢，原因之一是傳統(tǒng)的機(jī)理性分析方法應(yīng)對這兩個問題存在瓶頸，應(yīng)考慮經(jīng)驗性與機(jī)理性分析方法的聯(lián)合應(yīng)用，探索未知的規(guī)律

2、性，進(jìn)而尋求解決這兩個問題的方法。因此，本文在結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)等新概念導(dǎo)引下，開展了基于能量的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析方法研究，并對有限元計算程序和本文所揭示的結(jié)構(gòu)反應(yīng)的特征點進(jìn)行了實驗驗證。
　　為了考察網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的響應(yīng)特征、驗證本文編制的有限元程序的正確性及本文提出失效準(zhǔn)則的有效性，設(shè)計并制作了兩個跨度為0.5m、矢跨比為1/3的膠結(jié)裝配式K6型網(wǎng)殼模型，進(jìn)行了振動臺實驗。實驗中對表征網(wǎng)殼模型動力特性的主要參數(shù)，通過敲擊

3、試驗分析，得到了結(jié)構(gòu)阻尼比和前五階自振頻率；在網(wǎng)殼模型地震響應(yīng)實驗過程中，對網(wǎng)殼模型輸入頻率9.6Hz不同幅值的簡諧荷載，測得桿件應(yīng)變和典型節(jié)點位移值。進(jìn)而，該模型的動力響應(yīng)與相應(yīng)有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了對比，驗證了有限元程序的可靠性。
　　為展示網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的失效情況及現(xiàn)有分析方法的優(yōu)缺點，本文在有限元程序得到K6網(wǎng)殼模型振動臺實驗驗證之后，建立了三類典型構(gòu)造的大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)（單層球面網(wǎng)殼、單層柱面網(wǎng)殼和弦支穹頂結(jié)構(gòu)）有

4、限元模型，對上述網(wǎng)殼模型進(jìn)行不同動力荷載作用下的全荷載域動力時程分析。分析內(nèi)容包括：
　?。?）TAFT地震波作用下各類網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展深度和結(jié)構(gòu)變形、是否為動力強(qiáng)度破壞還是失穩(wěn)破壞；同樣，考察了簡諧荷載作用下各類網(wǎng)殼的失效由動力失穩(wěn)引起，還是動力強(qiáng)度破壞導(dǎo)致。
　?。?）對于動力強(qiáng)度破壞，是否能從最大節(jié)點位移與加速度峰值間的關(guān)系曲線上找到判斷結(jié)構(gòu)失效的方法。
　?。?）能否有簡便的方法分析網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)，因為現(xiàn)有

5、的網(wǎng)殼全荷載域動力時程分析方法計算過程復(fù)雜、后處理非常耗時。
　　為合理地選擇判斷結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則的參數(shù)，本文從機(jī)理性分析方法計算的應(yīng)變能密度出發(fā)，采用經(jīng)驗性分析方法對計算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征。首先，對單集中質(zhì)量體系和超靜定結(jié)構(gòu)體系分別輸入TAFT波和簡諧波，應(yīng)用有限元程序進(jìn)行全荷載域動力時程分析、提取變形能和動能，計算總輸入能量及阻尼耗能并繪制五種能量關(guān)系曲線。然后，通過這些關(guān)系曲線，觀察各種形式地震動荷載下，結(jié)構(gòu)失效時

6、該結(jié)構(gòu)體系的總應(yīng)變能的變化趨勢性和敏感性；在此基礎(chǔ)上，提出了基于應(yīng)變能密度的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、工作狀態(tài)和失效狀態(tài)的概念和描述，考察了以節(jié)點位移、單元應(yīng)力、單元指數(shù)應(yīng)變能密度所描述的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)模式，隨加速度峰值變化的情況，確認(rèn)與結(jié)構(gòu)整體受力狀態(tài)相對應(yīng)的特征參數(shù)，以及結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和失效狀態(tài)的區(qū)別。最后，以跨度為40米，矢跨比為1/7的K8型網(wǎng)殼（D40207）為例，輸入水平向頻率為5Hz簡諧荷載和TAFT波，進(jìn)行了不同類型單元間的受力狀態(tài)分析

7、，考察了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部單元間應(yīng)變能的調(diào)節(jié)性，以及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體工作狀態(tài)。此外，還考察了水平向簡諧荷載和三向TAFT波作用下單層網(wǎng)殼的薄弱位置。
　　以上研究結(jié)果，初步顯現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的特征，為更清晰地展示這種特征，本文進(jìn)行了結(jié)構(gòu)指數(shù)應(yīng)變能密度（ESED）推導(dǎo)，考察了結(jié)構(gòu)指數(shù)應(yīng)變能密度和值Id與地面運(yùn)動加速度峰值A(chǔ)的關(guān)系曲線，揭示了普遍存在的、可以區(qū)分結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和失效狀態(tài)的特征界點。進(jìn)而，基于這樣的特征點，建立了結(jié)構(gòu)失效判斷準(zhǔn)

8、則，并通過不同地震荷載作用下、不同構(gòu)造網(wǎng)殼的失效算例驗證了新準(zhǔn)則的有效性。其次，將實驗過程中所采集的動應(yīng)變處理成指數(shù)應(yīng)變能密度并繪制Id-A曲線，以實驗數(shù)據(jù)驗證結(jié)構(gòu)失效時該曲線上存在的特征點，進(jìn)一步驗證基于指數(shù)應(yīng)變能密度的結(jié)構(gòu)失效判斷準(zhǔn)則的正確性。最后，對新的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則進(jìn)行討論，如失效與失穩(wěn)和倒塌的區(qū)別、結(jié)構(gòu)幾何非線性對失效的影響、構(gòu)造與承載力的關(guān)系及失效準(zhǔn)則的統(tǒng)一性等，并與現(xiàn)有的失效準(zhǔn)則進(jìn)行了對比分析。
　　為了提高網(wǎng)殼結(jié)