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大跨度菱形空间桁架屋盖结构的静动力性能分析

作　者: 张永霞
导　师: 李铁英
学　校: 太原理工大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 大跨度菱形空间钢管桁架屋盖静力性能温度应力动力性能时程分析有限元分析
分类号: TU311
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大跨度菱形空间桁架是基于建筑造型产生的一种新的桁架形式,由于其具有良好的力学特性,在实际工程中将得到广泛的应用,而受力性能方面的研究也日趋受到重视。本文以实际工程中的某市火车站的钢管桁架屋盖结构为研究对象,对其静力性能、动力性能、以及温度作用进行研究。主要内容如下：1.屋盖在固定支座和铰支座两种情况下,使用ABAQUS有限元软件对屋盖结构进行分析,得到结构支座杆件的内力分布及桁架的节点位移,并对比屋盖结构在两种支座情况下内力与位移的区别,从而了解屋盖结构在两种支座情况下的静力性能。2.在ABAQUS环境中,屋盖在固定支座和铰支座两种状态下,通过对比研究屋盖整体结构在一致的温度变化影响下所引起的整体温度内力,以及节点在温度变化时所产生的位移,从而得到在两种支座类型时温差对大跨度菱形空间桁架屋盖结构的性能是如何影响的。3.钢屋盖与混凝土支座之间的连接方式分别采用铰接和刚接,对该钢桁架屋盖结构进行模态分析,得到屋盖结构的自振频率及振型,并对屋盖结构的抗震性能采用时程分析反应谱法进行了研究。由结构前20阶振型对比分析可得出,结构的频率分布非常密集,在多遇地震分析时时应该考虑高阶振型对结构的影响,在6度多地地震作用下,屋盖整体结构性能所受的影响不大最后,对本文所做的研究工作进行了总结,得出了一些有参考价值的结论,并指出了有待进一步探讨解决的问题。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 空间钢管桁架的概述  9-10
    1.1.1 钢管桁架结构的分类  9
    1.1.2 连接件的截面形式  9
    1.1.3 桁架的外形  9-10
    1.1.4 钢管桁架结构的优点  10
  1.2 空间钢管桁架的研究现状  10-11
    1.2.1 静力性能研究  10-11
    1.2.2 温度效应研究  11
    1.2.3 动力性能研究  11
    1.2.4 稳定性研究  11
  1.3 本文的研究内容及意义  11-15
    1.3.1 工程概况  11-12
    1.3.2 钢管桁架屋盖的概况  12-13
    1.3.3 研究内容  13-15
第二章有限元法简介及屋盖有限元模型  15-27
  2.1 有限元分析简介  15-17
  2.2 空间梁单元  17-21
    2.2.1 空间梁单元的位移模式  18-20
    2.2.2 空间梁单元的单元刚度矩阵  20-21
  2.3 温度应力场的有限元分析  21-23
    2.3.1 该步与2.1节(1)到(5)步分析相同  21
    2.3.2 施加等效节点热荷载  21-22
    2.3.3 引入边界条件  22
    2.3.4 求解方程  22-23
  2.4 屋盖有限元模型  23-25
  2.5 本章小结  25-27
第三章大跨度菱形空间桁架结构的静力性能分析  27-49
  3.1 支座反力  27-29
  3.2 树杈柱的应力应变  29-34
    3.2.1 屈服准则  29-30
    3.2.2 有关材料性质的一些基本概念  30
    3.2.3 米塞斯(Von.Mi ses)屈服准则(弹性形变能不变条件)  30-31
    3.2.4 屈雷斯加(H.Tresca)屈服准则  31
    3.2.5 树杈柱的Misesmax等效应力及弹性应变EE  31-34
  3.3 树杈柱顶位移  34-36
  3.4 屋盖节点位移与应力  36-47
    3.4.1 屋盖中弦节点位移与应力  37-41
    3.4.2 屋盖下弦节点位移与应力  41-47
  3.5 本章小结  47-49
第四章屋盖结构在温度作用下的有限元分析  49-79
  4.1 温度应力理论基础  49-51
    4.1.1 关于温度应力的特点  49
    4.1.2 温度应力的种类及相应特点  49-51
    4.1.3 温度场  51
  4.2 温度应力的计算  51-52
    4.2.1 材料热学物理参数值的选择  51-52
    4.2.2 温度应力及变形的有限元分析  52
  4.3 整体温差对支座反力的影响  52-77
    4.3.1 温度对支座反力的影响  52-64
    4.3.2 温度对支座Al树杈柱顶位移的影响  64-77
  4.4 本章小结  77-79
第五章菱形空间桁架屋盖结构的动力性能分析  79-127
  5.1 计算模型  79-80
  5.2 屋盖结构的自振特性分析  80-88
    5.2.1 相关基本理论  80-81
    5.2.2 屋盖结构自振特性分析  81-88
  5.3 时程分析法的相关基本理论  88-93
    5.3.1 时程分析法的发展与研究概况  88-89
    5.3.2 建立一致地震动输入下的运动方程  89-90
    5.3.3 建立考虑相位差效应时的运动方程  90-91
    5.3.4 运动方程的数值解法  91-93
    5.3.5 地震动的输入  93
  5.4 钢屋盖结构的时程分析  93-125
    5.4.1 地震波输入  93-94
    5.4.2 竖向地震动对支座反力的影响  94-96
    5.4.3 竖向地震动对支座树权柱顶位移的影响  96-99
    5.4.4 竖向地震动对屋盖节点位移的影响  99-111
    5.4.5 水平Y向地震动对支座反力的影响  111-112
    5.4.6 水平Y向地震动对支座树杈柱顶位移的影响  112-115
    5.4.7 水平Y向地震动对屋盖节点位移的影响  115-125
  5.5 本章小结  125-127
第六章结论与建议  127-129
  6.1 主要结论  127-128
  6.2 建议  128-129
参考文献  129-133
致谢  133-134
攻读学位期间发表的学术论文目录  134

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