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单层锥面折板网壳索杆杂交结构静动力性能研究

作　者: 陈妍
导　师: 雷宏刚
学　校: 太原理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 折板网壳 索杆体系 杂交结构 初始预应力分布 时程分析法
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


单层锥面折板网壳索杆杂交结构是由单层锥面折板网壳和索杆张力体系结合而成的新型杂交结构,可以适应多种不同的平面形式,并且有效改善单层锥面折板网壳平面外的稳定问题。这种结构造型优美、平面适应性强、并且具有双层折板网壳所无法比拟的通透性,具有广阔的发展前景。本文首次对单层锥面折板网壳索杆杂交结构进行理论分析,采用ANSYS有限元分析软件分别从初始预应力、静力特性和动力特性对其进行研究,主要方法和结论如下:1.本文采用初始应变法施加预应力,可以准确地求出预应力分布,计算结果表明应力分布较均匀且变形符合要求,索杆体系的布置合理。2.对杂交结构在竖向对称荷载作用下的受力性能进行研究,将计算结果与承受同样荷载的单层锥面折板网壳进行比较。为了深入研究参数对于结构的受力性能的影响,对相关参数进行了分析。结果表明索杆体系的应用有效地提高了结构的整体受力性能。3.考虑到风荷载等实际情况的作用,对杂交结构在水平不对称荷载作用下的受力性能进行分析,并且同单层锥面折板网壳进行比较,为了深入研究参数对于结构的受力性能的影响,还对相关参数进行了分析。结果表明单层锥面折板网壳索杆杂交结构对于承受水平不对称荷载具有良好的稳定性。4.为了研究杂交结构在不对称竖向荷载作用下的受力性能,采用三种不同的荷载分布进行研究,同时分析了压杆长度、矢跨比对其的影响。分析表明,杂交结构在竖向不对称荷载作用下工作性能良好。5.本文采用子空间迭代法分析了结构的自振频率,并与单层网壳进行比较,同时考虑了参数的影响,研究了结构自振特性的变化情况。6.本文采用时程分析法对结构在水平和竖向地震作用下的地震响应进行计算分析,表明竖向地震作用对于单层锥面折板网壳索杆杂交结构的影响不容忽视。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-29
  1.1 引言  9-10
    1.1.1 空间结构的目的  9-10
  1.2 空间结构的发展历史  10-21
    1.2.1 从穹顶了解空间结构的发展史  10-12
    1.2.2 空间网格的发展史  12
    1.2.3 张拉结构的发展史  12-15
    1.2.4 张拉整体结构的发展史  15-16
    1.2.5 杂交结构的发展史  16-18
    1.2.6 索穹顶结构  18-20
    1.2.7 索桁结构  20
    1.2.8 张弦结构  20-21
  1.3 折板网壳结构  21-24
    1.3.1 引言  21-22
    1.3.2 折板网壳的空间形式  22-23
    1.3.3 折板网壳与平板网壳的比较  23-24
  1.4 本文有限元模型的建立  24-28
  1.5 本文研究的主要工作  28-29
第二章 索杆体系的预应力确定  29-36
  2.1 引言  29-30
  2.2 平衡矩阵理论及索单元的有限元分析理论  30-32
    2.2.1 基础理论  30
    2.2.2 基本方程  30-31
    2.2.3 索单元的有限元分析理论  31-32
  2.3 本文索杆体系的应力分布计算  32-35
    2.3.1 算例  32-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章 单层锥面网壳索杆杂交结构体系静力分析  36-101
  3.1 引言  36
  3.2 预应力的作用和本文模型施加预应力的方法  36-37
  3.3 单层锥面网壳索杆杂交结构在竖向对称荷载作用下的静力分析  37-71
    3.3.1 计算模型  37-38
    3.3.2 静力分析  38-59
    3.3.3 其它参数分析  59-71
  3.4 单层锥面网壳索杆杂交结构在水平不对称荷载作用下的静力分析  71-89
    3.4.1 计算模型  71-72
    3.4.2 初始预应力对杂交结构受力性能的影响  72-86
    3.4.3 其它参数分析  86-89
  3.5 单层锥面网壳索杆杂交结构在竖向不对称荷载作用下的静力分析  89-99
    3.5.1 计算模型  89-90
    3.5.2 不均匀竖向荷载对杂交结构受力性能的影响  90-97
    3.5.3 其它参数分析  97-99
  3.6 本章小结  99-101
第四章 单层锥面折板网壳索杆杂交结构的动力性能分析  101-120
  4.1 引言  101
  4.2 自振特性分析  101-110
    4.2.1 基本理论  102-103
    4.2.2 计算模型  103
    4.2.3 自振特性分析算例  103-107
    4.2.4 自振特性参数分析  107-110
  4.3 地震作用分析  110-118
    4.3.1 引言  110
    4.3.2 地震加速度谱  110-113
    4.3.3 计算模型  113
    4.3.4 一维水平地震响应分析  113-116
    4.3.5 一维竖向地震响应分析  116-118
  4.4 本章小结  118-120
第五章 结论与展望  120-122
  5.1 本文主要结论  120-121
  5.2 建议  121-122
参考文献  122-126
致谢  126-127
攻读学位期间发表的学术论文目录  127

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