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空间双向张弦梁结构简谐激振数值分析与试验研究

作 者: 叶成杰
导 师: 殷志祥
学 校: 辽宁工程技术大学
专 业: 结构工程
关键词: 空间双向张弦梁 简谐荷载 动力响应 模型试验 数值分析
分类号: TU399
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 49次
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内容摘要


张弦梁结构是一种新型空间结构形式,是大跨度空间结构中一种典型的刚柔杂交体系。其结构由弦、撑杆和抗弯受压构件组成,是通过在弦中施加预应力来改善抗弯受压构件的受力性能的自平衡体系。上弦型钢梁张弦梁作为空间双向张弦梁结构的一种特例,在简谐荷载作用下的动力响应研究在国内尚不多见。本文在查阅大量国内外相关文献的基础上简单回顾了张弦梁结构的发展历史、工程应用及研究现状,针对上弦型钢张弦梁在简谐荷载作用下的动力响应做了有意义的探讨。本文的从有限元理论着手,对研究工作中涉及到的与张弦梁结构有关的有限元知识、计算方法做了简要介绍。通过ANSYS有限元分析软件对所设计的上弦型钢空间双向张弦梁结构进行了数值分析,为了研究上弦型钢张弦梁结构在简谐荷载作用下的动力响应,为了考虑结构预应力和几何非线性的影响,分析中对结构进行了静态受力分析、模态分析、线性谐响应分析和非线性瞬态时程分析,总结结构在简谐荷载作用下的动力响应规律。而后通过1/4比例模型试验加以验证,模型设计工程中进行了相似比计算、确定了模型材料、截面尺寸;模型试验中按设计要求制作了张弦梁缩尺比例模型、固定铰支座、滚动铰支座;进行了数据采集和分析处理。通过数值分析和模型试验数据处理,掌握了上弦型钢梁空间双向张弦梁的动力响应规律,对空间结构屋面作用有简谐激振荷载条件下的工作状况提出了有意义的建议。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 概述  10-23
  1.1 问题提出的背景  10-12
  1.2 问题的提出  12
  1.3 张弦梁结构的简介  12-14
    1.3.1 张弦梁结构的分类  12-13
    1.3.2 张弦梁结构的特点  13-14
  1.4 张弦梁结构的发展  14-19
    1.4.1 张弦梁结构在国外的发展  14-15
    1.4.2 张弦梁结构在国内的发展  15-19
  1.5 张弦梁结构动载响应研究现状  19-21
  1.6 本论文的研究意义和主要内容  21-23
    1.6.1 本文的研究意义  21-22
    1.6.2 本文的主要工作  22-23
2 张弦梁结构数值分析的基本理论  23-35
  2.1 与张弦梁有关的ANSYS软件知识  23-32
    2.1.1 几何非线性  23-27
    2.1.2 基本假设  27
    2.1.3 梁单元  27-29
    2.1.4 杆单元的单元刚度矩阵  29-31
    2.1.5 索单元  31-32
  2.2 空间双向张弦梁有限元分析模型的建立  32-34
    2.2.1 模型建立的基本材料数据  32-34
    2.2.2 预应力的施加方法  34
  2.3 本章小结  34-35
3 空间双向张弦梁简谐激振数值分析  35-53
  3.1 概述  35
  3.2 静力分析  35-36
  3.3 模态分析  36-43
    3.3.1 模态分析算法  37-39
    3.3.2 空间双向张弦梁的模态分析  39-42
    3.3.3 模态分析小结  42-43
  3.4 上弦型钢双向张弦梁谐响应分析  43-47
  3.5 空间双向张弦梁动力时程分析  47-52
    3.5.1 时程分析简谐荷载的设计  48-49
    3.5.2 时程分析结果分析  49-52
  3.6 本章小结  52-53
4 空间双向张弦梁模型试验分析  53-71
  4.1 模型试验的目的和意义  53-54
    4.1.1 模型试验的目的  53
    4.1.2 模型试验的意义  53-54
  4.2 模型的相似关系和模型制作设计  54-58
    4.2.1 相似关系  54-55
    4.2.2 模型的设计和制作  55-58
  4.3 试验方法和测试内容  58-61
    4.3.1 试验方法  58-59
    4.3.2 试验原理  59
    4.3.3 试验测试系统简介  59-60
    4.3.4 试验步骤  60-61
    4.3.5 简谐荷载输入  61
  4.4 试验方案  61-63
    4.4.1 试验装置  61-62
    4.4.2 测点布置  62-63
  4.5 测试内容  63
  4.6 试验数据采集  63-64
  4.7 主要试验结果分析  64-69
    4.7.1 加速度反应  64
    4.7.2 位移反应  64-65
    4.7.3 应力变化  65-69
  4.8 数值分析结果与试验数据对比分析  69-70
  4.9 动力响应规律  70-71
结论  71-73
参考文献  73-76
作者简历  76-78
学位论文数据集  78

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 其他结构
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