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带BRB的单层椭球形网壳的动力弹塑性分析

作　者: 白生学
导　师: 王秀丽
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 椭球形施威德勒网壳约束屈曲支撑动力弹塑性初始缺陷减震性能参数化分析
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

对于比较常见的网壳结构形式,如球壳、圆柱面网壳、椭圆抛物面网壳、双曲抛物面网壳等,其静力性能的研究已比较成熟,有关其动力弹塑性全过程分析的策略、思想及实施方法,很多学者均进行了深入的分析和探讨,但对椭球面网壳这一结构形式来说,目前还没有系统的研究。椭球形网壳由于其自身造型和结构的特点,目前已有很多实际工程应用,如上海科技馆、温岭锦屏公园大门,还有双层椭球网壳的国家大剧院。本文在回顾了单层穹顶结构的发展及其研究现状之后,采用非线性有限元分析方法,深入全面地分析了单层椭球面网壳结构的动力性能。文中从几何参数分析入手,研究了施威德勒型单层椭球面网壳结构的动力性能,分析了短向跨度、矢跨比、初始缺陷等参数与结构动力弹塑性的关系,并着重考察了在罕遇地震作用下约束屈曲支撑对此类型网壳结构的动力性能和破坏形式的影响。约束屈曲支撑是近几年新发展的一种耗能减震元件,内核钢支撑在拉力和压力作用下可以达到充分屈服,具有很好的延性,滞回曲线稳定饱满,而低屈服点屈曲约束支撑在小位移下即可屈服耗能。本文主要进行了以下工作：(1)应用有限元软件ANSYS,根据椭球网壳组成和杆件连接规律编程,实现自动化建模。模型中假设约束屈曲支撑杆件为理想弹塑性模型。(2)对椭球网壳进行静力分析和模态分析,根据静力分析结果和自振分析结果研究椭球网壳的自振特性变化及在静力荷载作用下刚度、稳定特性的变化。(3)对结构施加水平单向地震波和三向地震波对结构分别进行动力弹性分析和弹塑性分析,考察了杆件在弹性阶段和进入塑性后网壳的地震响应和抗震性能。(4)通过对网壳结构的动力弹塑性分析,研究结构的矢跨比、初始缺陷等参数对椭球网壳动力性能的影响,并着重研究了约束屈曲支撑对椭球网壳的减震效果,为约束屈曲支撑在大跨度空间结构中应用提供有价值的参考意见。分析结果表明,网壳的杆件在地震作用强烈的时段进入塑性,并且随着地震加速度的强弱变化,屈服杆件的数量也随之变化。并且考虑材料非线性后网壳的弹塑性地震反应结果与不考虑材料非线性的弹性分析结果有很大差异。约束屈曲支撑的减震性能对结构动力弹塑性有很大影响,并使结构杆件受力更加合理。

全文目录

目录  5-7
摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 网壳结构弹塑性抗震性能分析方法综述  11-13
    1.2.1 抗震设计思想  11-12
    1.2.2 抗震分析方法  12-13
  1.3 课题研究现状  13-19
    1.3.1 结构振动控制现状  13-15
    1.3.2 屈曲约束支撑研究现状  15-17
    1.3.3 网壳结构的振动控制理论  17-19
  1.4 本文的主要工作  19-20
第二章屈曲约束支撑力学性能  20-27
  2.1 约束屈曲支撑工作原理  20
  2.2 屈曲约束支撑的形式和分类  20-21
  2.3 约束屈曲支撑基本构成  21-22
  2.4 约束屈曲支撑的力学性能  22-27
    2.4.1 约束屈曲支撑构件的静力性能  22-23
    2.4.2 约束屈曲支撑构件的动力性能  23-25
    2.4.3 约束屈曲支撑构件的外包构件刚度  25-27
第三章非线性有限元理论  27-32
  3.1 非线性问题的分类  27
  3.2 几何非线性理论概述  27-30
  3.3 材料非线性理论概述  30-32
第四章单层椭球网壳的模态分析与静力分析  32-40
  4.1 有限元模型建立  32-33
    4.1.1 ANSYS单元模型选择  32
    4.1.2 有限元模型  32-33
  4.2 模态分析计算方法  33-35
  4.3 静力性能  35-38
    4.3.1 荷载组合  35-37
    4.3.2 静力分析  37
    4.3.3 特征值屈曲分析  37-38
  4.4 本章小结  38-40
第五章单层椭球网壳在地震作用下的弹塑性分析  40-61
  5.1 时程分析计算理论  40-42
  5.2 计算模型及假定  42-43
    5.2.1 计算模型  42-43
    5.2.2 基本假定  43
  5.3 结构施加水平方向地震波的动力弹塑性能分析  43-54
    5.3.1 施加X方向地震波  43-49
    5.3.2 施加Y方向地震波  49-54
  5.4 结构施加三向地震波的动力弹塑性能分析  54-60
    5.4.1 节点位移分析  55-58
    5.4.2 杆件应力分析  58-60
    5.4.3 小结  60
  5.5 本章小结  60-61
第六章三向地震波下结构的参数化分析  61-68
  6.1 矢跨比对结构动力弹塑性的影响  61-65
    6.1.1 节点位移分析  61-63
    6.1.2 杆件应力分析  63-65
  6.2 初始缺陷对结构动力弹塑性的影响  65-67
    6.2.1 节点位移分析  65
    6.2.2 杆件应力分析  65-67
  6.3 本章小结  67-68
结论与展望  68-70
  结论  68-69
  展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
附录A:攻读学位期间所发表的学术论文目录  74

带BRB的单层椭球形网壳的动力弹塑性分析

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