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双曲空腹扁网壳结构静、动力特性研究

作　者: 纪延安
导　师: 黄勇
学　校: 贵州大学
专　业: 结构工程
关键词: 双曲空腹扁网壳离散化分析连续化分析法静力特性动力分析一致缺陷模态法初始几何缺陷
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 24次
引　用: 3次
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内容摘要

空腹网壳是根据格构式压杆的工作原理,将单层网壳的杆件用格构式压杆代替得到的一种形式新颖的网壳结构。它是平板模型空腹网架及空腹板架结构的曲面形式,既有良好的受力性能又有轻型简洁美观的特点,适应当前网壳结构发展的形势,具有广阔的应用前景。本文以双曲空腹扁网壳结构为研究对象,对结构的静力特性、动力特性、稳定性等做了研究分析工作,最后完成该结构的一个缩尺模型试验并作了分析。首先对空腹网壳结构进行了分类,并利用所学的力学知识,得到了双曲空腹扁网壳连续化分析模型的等效刚度。对结构进行分析时主要采用基于离散化假定的有限元方法进行计算。静力分析主要是在跨度、网格尺寸、矢跨比、网壳厚度这四个水平参数改变的情况下对结构进行静力研究,得到因参数改变引起结构内力变化的规律和大小。最后,得到对结构内力影响从大到小的顺序是:跨度→矢跨比→网格尺寸→厚度。对结构进行自振特性分析,结构的振型类似双层网壳结构,频率属密集型;最后还比较了单层、双层及空腹网壳结构的自振性能。稳定性分析是网壳结构设计的一个重要内容,鉴于该结构又是一类新型网壳形式,文中对结构进行了线性稳定性、几何非线性及考虑初始缺陷影响的几何非线性分析,采用一致缺陷模态法,对结构进行全过程跟踪分析,研究了结构对初始缺陷的敏感性。最后,对该结构进行了一次静动力试验研究,试验验证了离散化分析采用的“梁-柱”单元模拟结构的正确性。实验结果表明,结构的杆件大部分处于受压状态,弦杆以受轴力和弯矩为主,腹杆主要承受剪力,结论与数值计算十分吻合。以上得到的一些结论可以为双曲空腹扁网壳结构的设计提供参考。

全文目录

中文摘要  6-7
英文摘要  7-9
第一章绪论  9-18
  1.1 网壳结构的发展概况及研究现状  9-14
    1.1.1 网壳结构的发展  9-13
    1.1.2 网壳结构的研究现状  13-14
  1.2 空腹楼盖的研究现状及应用  14-15
    1.2.1 空腹网架及空腹板架结构  14-15
  1.3 空腹网壳结构的提出及主要特点  15-16
  1.4 本文的主要工作  16-17
  参考文献  17-18
第二章空腹网壳结构及其计算方法  18-33
  2.1 空腹网壳的结构形式  18-21
    2.1.1 曲面的基本知识  18-20
    2.1.2 曲面的形成方法  20
    2.1.3 空腹网壳结构的形式  20-21
  2.2 预应力空腹网壳结构  21-23
  2.3 空腹网壳结构的计算方法  23-31
    2.3.1 连续化分析(拟壳法)  23-30
    2.3.2 离散化分析(有限单元法)  30-31
  2.4 本章小结  31-32
  参考文献  32-33
第三章双曲空腹扁网壳结构静力特性分析  33-53
  3.1 概述  33
  3.2 计算模型  33
  3.3 计算模型荷载  33-34
  3.4 计算方法  34-35
  3.5 双曲空腹扁网壳结构静力特性分析  35-38
    3.5.1 双曲空腹扁网壳结构的内力分布  35-38
  3.6 因参数变化引起双曲空腹扁网壳结构内力改变结构分析  38-51
    3.6.1 网壳厚度对结构内力的影响  38-41
    3.6.2 网格尺寸对结构内力的影响  41-43
    3.6.3 矢跨比对结构内力的影响  43-48
    3.6.4 在面荷载相同的情况下,不同水平参数变化下的位移比较  48-49
    3.6.5 同一网壳厚度、矢跨比、网格尺寸,不同跨度的杆件内力比较  49-51
  3.7 本章小结  51-52
  参考文献  52-53
第四章双曲空腹扁网壳结构动力特性分析  53-67
  4.1 概述  53
  4.2 计算方法理论  53-55
  4.3 双曲空腹扁网壳结构的自振特性分析  55-57
  4.4 因参数变化引起双曲空腹扁网壳结构自振特性变化结果分析  57-61
    4.4.1 网壳厚度对结构自振频率的影响  57-58
    4.4.2 网格尺寸对结构自振频率的影响  58-59
    4.4.3 矢跨比对结构自振频率的影响  59-61
  4.5 传统双曲单、双层网壳结构与双曲空腹扁网壳结构自振特性分析比较  61-64
  4.6 双曲空腹扁网壳结构基频与跨度的关系  64
  4.7 本章小结  64-66
  参考文献  66-67
第五章双曲空腹扁网壳结构稳定性分析  67-79
  5.1 概述  67
  5.2 网壳结构的失稳模态及屈曲类型  67-68
    5.2.1 网壳结构的失稳模态  67-68
    5.2.2 网壳结构的屈曲类型  68
  5.3 网壳结构稳定性分析的理论方法  68-69
  5.4 双曲空腹扁网壳结构的屈曲分析  69-77
    5.4.1 双曲空腹扁网壳结构的线性屈曲分析(特征值屈曲分析)  69-71
    5.4.2 参数变化下双曲空腹扁网壳结构的线性屈曲分析比较  71
    5.4.3 双曲空腹扁网壳结构的非线性屈曲分析  71-73
    5.4.4 考虑初始缺陷的非线性分析  73-77
  5.5 本章小结  77-78
  参考文献  78-79
第六章双曲空腹扁网壳结构的试验研究  79-90
  6.1 概述  79
  6.2 模型设计与制作  79-82
    6.2.1 模型设计  79-81
    6.2.2 模型制作  81
    6.2.3 实验方案与测点布置  81-82
  6.3 试验过程  82-83
  6.4 理论分析模型  83
  6.5 试验结果及分析  83-88
    6.5.1 结构挠度  83-85
    6.5.2 结构内力  85-87
    6.5.3 荷载作用下弯矩值比较分析  87
    6.5.4 动力测试  87-88
  6.6 本章小结  88-89
  参考文献  89-90
第七章结论和展望  90-93
  7.1 本文主要结论  90-91
  7.2 进一步工作展望  91-93
致谢  93-94
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  94-95

双曲空腹扁网壳结构静、动力特性研究

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