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单向及双向弦支（张弦）结构性能分析

作　者: 安琦
导　师: 陈志华
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 弦支（张弦）结构 弦支梁（桁架） 力学性能 温度效应 合拢温度 施工控制
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


弦支结构，又称张弦结构，是一种较为高效的预应力结构体系。该结构体系在国内外许多大型公共建筑中得到了广泛的应用。本文根据单、双向弦支结构的国内外研究现状，以实际工程为背景，采用有限元分析软件ANSYS，对弦支桁架的力学性能以及单、双向弦支梁（桁架）的温度效应进行了较为系统的研究。通过预应力优化分析和形态分析确定单向弦支桁架结构的合理预应力及放样态几何；通过对比分析阐明弦支桁架的优越性；分析确定几何非线性对荷载态的弦支桁架结构静力性能影响较小，采用叠加原理进行结构荷载态的静力性能分析较为合理；分析确定立体桁架和弦支桁架的非线性极限承载力对缺陷均不敏感；对弦支桁架进行自振特性分析，并对结构的自振频率进行参数分析；选取El-Centro波对弦支桁架结构进行动力时程分析，得到结构的动内力分布和动力响应规律，同时分析得到结构的动力响应对支座约束条件较为敏感。研究确定几何非线性对单向弦支桁架、双向弦支梁结构温度效应的影响较小；采用LINK10模拟拉索时，对结构进行考虑降温作用的静力分析采用叠加原理较为合理，但进行考虑升温作用的静力分析采用叠加原理不合理；分析确定温度作用对单、双向弦支结构静力性能的影响规律，以及拉索类型和支座刚度对结构温度效应的影响规律；分析得到温差数值对单、双向弦支结构结构温度效应的影响规律，根据该规律确定结构的最优合拢温度，分析得到采用不同拉索类型和支座刚度时，温差对结构温度效应的影响规律；提出适用于单向弦支桁架、双向弦支梁结构在非最优合拢温度下合拢的施工控制方法——索力控制法，并进行了算例验证。研究确定结构的形状对结构温度效应的影响规律；分析确定温度作用和施工方法对结构静力性能的影响规律；分析确定温差数值对单向弦支梁结构温度效应的影响规律，根据该规律确定单向弦支梁结构的最优合拢温度。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章 绪论  10-27
  1.1 弦支结构的概念与特点  10
  1.2 弦支结构的形式与分类  10-12
    1.2.1 平面弦支结构  10-11
    1.2.2 可分解型空间弦支结构  11
    1.2.3 不可分解型空间弦支结构  11-12
  1.3 弦支梁（桁架）结构的工程应用  12-20
    1.3.1 国外工程应用  12-16
    1.3.2 国内工程应用  16-20
  1.4 弦支梁（桁架）结构的研究现状  20-25
    1.4.1 国外研究现状  20
    1.4.2 国内研究现状  20-25
      1.4.2.1 弦支梁（桁架）结构的形态分析  21
      1.4.2.2 弦支梁（桁架）结构的预应力分布的计算  21
      1.4.2.3 弦支梁（桁架）结构的静力分析  21-22
      1.4.2.4 弦支梁（桁架）结构的稳定性分析  22-23
      1.4.2.5 弦支梁（桁架）结构的动力分析  23
      1.4.2.6 拉索膨胀系数研究及温度效应分析  23
      1.4.2.7 弦支梁（桁架）结构的优化设计  23-24
      1.4.2.8 初始缺陷、损伤累积对弦支梁（桁架）受力性能的影响  24
      1.4.2.9 弦支梁（桁架）结构的节点性能研究  24
      1.4.2.10 弦支梁（桁架）结构的施工分析  24-25
      1.4.2.11 新型弦支梁（桁架）结构的开发  25
  1.5 本文的研究意义与主要工作  25-27
第二章 单向弦支桁架结构力学性能分析  27-53
  2.1 工程概况及有限元模型  27-28
  2.2 弦支桁架结构的预应力设计  28-30
    2.2.1 优化设计基本理论  28-29
    2.2.2 弦支桁架的预应力优化设计  29-30
  2.3 弦支桁架结构的形态分析  30-35
    2.3.1 弦支桁架的形态定义  30
    2.3.2 弦支桁架的形态分析的内容及方法  30-31
    2.3.3 河北师范大学体育馆屋盖弦支桁架的形态分析  31-35
  2.4 弦支桁架结构静力性能分析  35-38
    2.4.1 基本静力性能分析  35-37
    2.4.2 线性叠加原理的验证  37-38
  2.5 弦支桁架结构极限承载力分析  38-42
    2.5.1 弦支桁架结构特征值屈曲分析  38-40
      2.5.1.1 结构特征值屈曲分析概述  38-39
      2.5.1.2 弦支桁架结构特征值屈曲分析  39-40
    2.5.2 弦支桁架结构非线性极限承载力分析  40-42
      2.5.2.1 考虑几何非线性和材料非线性的极限承载力分析  40-41
      2.5.2.2 立体桁架与弦支桁架极限承载力的缺陷敏感性分析  41-42
  2.6 弦支桁架结构自振特性分析  42-46
    2.6.1 基本分析  42-45
    2.6.2 参数分析  45-46
  2.7 弦支桁架结构动力时程分析  46-50
  2.8 不同约束条件下的弦支桁架结构动力时程对比分析  50-51
  2.9 本章小结  51-53
第三章 单向弦支桁架结构的温度效应研究  53-70
  3.1 温度作用及类型  53-54
    3.1.1 温度作用  53
    3.1.2 温度作用的类型  53-54
  3.2 弦支桁架温度效应的几何非线性敏感性分析  54-55
  3.3 弦支桁架考虑温度效应的叠加原理研究  55-57
  3.4 弦支桁架的温度效应研究  57-64
    3.4.1 概述  57
    3.4.2 温度作用对桁架静力性能的影响  57-58
    3.4.3 温度作用对索杆体系静力性能的影响  58-60
    3.4.4 弦支桁架温度效应的参数分析  60-64
      3.4.4.1 拉索类型  60-62
      3.4.4.2 支座约束刚度  62-64
  3.5 温差数值对弦支桁架的温度效应的影响研究  64-65
  3.6 温差数值对弦支桁架温度效应影响的参数分析  65-68
    3.6.1 拉索类型  65-67
    3.6.2 支座类型  67-68
  3.7 本章小结  68-70
第四章 单向弦支梁结构的温度效应研究  70-79
  4.1 计算模型介绍  70-72
    4.1.1 工程概况  70
    4.1.2 有限元模型  70-72
  4.2 单向弦支梁的温度效应研究  72-75
    4.2.1 钢梁形状对钢梁温度效应的影响  72-73
    4.2.2 温度作用与施工方法对钢梁静力性能的影响  73-75
    4.2.3 温度作用与施工方法对索杆体系静力性能的影响  75
  4.3 温差数值对单向弦支梁的温度效应的影响研究  75-77
  4.4 最优合拢温度研究  77-78
  4.5 本章小结  78-79
第五章 双向弦支梁结构的温度效应研究  79-104
  5.1 计算模型介绍  79-80
    5.1.1 工程概况  79-80
    5.1.2 有限元模型  80
  5.2 双向弦支梁温度效应的几何非线性敏感性分析  80-83
  5.3 双向弦支梁考虑温度效应的叠加原理研究  83-85
  5.4 双向弦支梁结构的温度效应研究  85-90
    5.4.1 概述  85
    5.4.2 温度作用对上部结构静力性能的影响  85-88
    5.4.3 温度作用对索杆体系静力性能的影响  88-90
  5.5 双向弦支梁温度效应的参数分析  90-95
    5.5.1 拉索类型  90-93
    5.5.2 支座类型  93-95
  5.6 温差数值对双向弦支梁结构温度效应的影响研究  95-97
  5.7 温差数值对双向弦支梁温度效应影响的参数分析  97-103
    5.7.1 拉索类型  97-101
    5.7.2 支座刚度  101-103
  5.8 本章小结  103-104
第六章 单向与双向弦支结构最优合拢温度研究  104-117
  6.1 单向弦支桁架结构最优合拢温度研究  104-105
  6.2 单向弦支桁架结构非最优合拢温度下合拢的施工控制措施研究  105-109
    6.2.1 非最优合拢温度下合拢的施工控制措施理论研究  105-107
    6.2.2 非最优合拢温度下合拢的施工控制措施算例  107-109
  6.3 双向弦支梁结构最优合拢温度研究  109-111
  6.4 双向弦支梁结构非最优合拢温度下合拢的施工控制措施研究  111-116
    6.4.1 非最优合拢温度下合拢的施工控制措施理论研究  111-113
    6.4.2 非最优合拢温度下合拢的施工控制措施算例  113-116
  6.5 本章小结  116-117
第七章 结论与展望  117-120
  7.1 结论  117-118
  7.2 展望  118-120
参考文献  120-127
发表论文和参加科研项目  127-128
致谢  128

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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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