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约束屈曲支撑在局部双层球面网壳的减震性能分析

作　者: 马晓斌
导　师: 王秀丽
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 约束屈曲支撑局部双层球面网壳减震性能分析参数化分析动力时程分析
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

球面网壳结构受力合理、经济环保、造型美观大方、空间较大,是一种很有发展前景的空间结构形式。近十年来网壳结构的发展速度惊人,且结构形式日益多样化。其中单层网壳构造简单,重量轻但稳定性差,而双层网壳稳定性及承载能力得到了很好的改善,但也存在杆件多、节点复杂等问题。局部双层网壳具有单层网壳和双层网壳的优点,而且能充分发挥杆件的承载力,并节省材料,受到了人们的重视。约束屈曲支撑(BRBs)是一种新的可以避免支撑屈曲的体系,主要是由核心钢构件和外围约束构件两部分组成,在承受轴向荷载作用时,约束屈曲支撑的核心构件在拉力和压力作用下,均可以达到充分屈服,通过屈服达到耗能的目的。但统计表明,BRBs减震设计与研究仅局限于普通结构,如框架结构、框剪结构、桥梁结构等,而在大跨度结构中的减震研究还处在起步阶段。本文主要探讨了约束屈曲支撑在局部双层球面网壳结构减震中的适用性。本文主要研究了以下几个方面的内容:(1)根据局部双层球面网壳的组成和杆件连接规律编程,应用有限元软件ANSYS实现APDL语言自动化建模。假设所有杆件单元为理想弹塑性模型。(2)对局部双层球面网壳进行静力分析和模态分析,根据静力分析结果和模态分析结果掌握结构变形特点、节点位移分布规律、自振频率等,根据网壳力学性能提出约束屈曲支撑的布置原则。(3)通过输入三向EI-Centro地震波对结构进行动力时程分析,得到节点位移减震规律和杆件轴力减震规律,通过对比减震系数提出合理的约束屈曲支撑布置方案。(4)分别在不同地震波和不同地震加速度峰值下对结构进行了计算分析,比较了减震效果的差异。研究了结构的矢跨比、约束屈曲支撑截面的大小以及结构跨度等参数对网壳减震效果的影响。(5)考虑下部支承结构与上部结构共同工作对于网壳结构地震响应的影响,分别在上部结构中及下部支承结构中设置约束屈曲支撑,对不同的支承结构中约束屈曲支撑布置方式与原始球壳模型进行模态分析和时程分析。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10-12
  1.2 结构减震、隔震研究现状  12-13
  1.3 约束屈曲支撑研究现状  13-17
    1.3.1 约束屈曲支撑在国外的研究现状  15-16
    1.3.2 约束屈曲支撑在国内的研究现状  16-17
  1.4 本文研究思路和研究内容  17-18
第2章约束屈曲支撑及网壳结构抗震的基本理论  18-28
  2.1 约束屈曲支撑的工作原理  18-19
  2.2 约束屈曲支撑的基本构成  19-20
  2.3 约束屈曲支撑的力学性能  20-22
    2.3.1 约束屈曲支撑构件的静力性能  20
    2.3.2 约束屈曲支撑构件的动力性能  20-22
  2.4 约束屈曲支撑的整体稳定性能  22-23
  2.5 网壳结构的动力方程  23
  2.6 网壳结构自振频率和振型实用分析方法  23-24
  2.7 地震响应时程分析  24-27
    2.7.1 线性加速度法  24-25
    2.7.2 Newmark-β法和威尔逊-θ法  25
    2.7.3 地震波的选取与调整  25-27
  2.8 结构的阻尼  27-28
第3章局部双层球面网壳的减震性能分析  28-59
  3.1 有限元模型的建立  28-31
    3.1.1 局部双层球面网壳的构成、形式和特点  28
    3.1.2 局部双层球面网壳模型的确定  28-29
    3.1.3 Ansys 单元模型选择  29-30
    3.1.4 有限元模型的建立  30-31
  3.2 静力分析  31-34
    3.2.1 荷载与作用的取值  31-33
    3.2.2 静力分析  33-34
  3.3 模态分析  34-37
  3.4 约束屈曲支撑的布置和选用原则  37-38
  3.5 减震效果评价指标的确定  38
  3.6 三向 El-Centro 地震波作用下的减震性能分析  38-51
    3.6.1 原结构时程动力分析  38-41
    3.6.2 不同约束屈曲支撑布置方案的位移分析  41-46
    3.6.3 三向 El-centro 地震波作用下的杆件轴力比较  46-51
  3.7 不同地震波作用下的减震性能对比分析  51-55
    3.7.1 结构位移响应分析  51-53
    3.7.2 杆件轴力响应分析  53-55
  3.8 考虑地震波不同加速度峰值的减震性能对比分析  55-58
    3.8.1 结构位移响应分析  55-57
    3.8.2 杆件轴力响应分析  57-58
  3.9 本章总结  58-59
第4章局部双层球面网壳在不同支撑截面、矢跨比及跨度下的减震性能分析  59-65
  4.1 约束屈曲支撑截面大小对结构抗震性能的影响  59-60
  4.2 约束屈曲支撑在不同矢跨比结构中的减震性能分析  60-62
    4.2.1 不同矢跨比网壳的自振分析  60-61
    4.2.2 结构位移响应分析  61-62
  4.3 约束屈曲支撑在不同跨度结构中的减震性能分析  62-63
    4.3.1 不同跨度网壳的自振分析  62-63
    4.3.2 结构位移响应分析  63
  4.4 本章总结  63-65
第5章约束屈曲支撑在有下部结构的局部双层球面网壳的整体减震性能分析  65-71
  5.1 有限元模型  65-66
  5.2 结构的自振特性分析  66-67
  5.3 结构的静力分析及弹塑性时程分析  67-68
  5.4 加约束屈曲支撑时的动力响应分析  68-69
    5.4.1 支撑布置形式  68-69
    5.4.2 结构位移响应分析  69
    5.4.3 结构轴力响应分析  69
  5.5 本章总结  69-71
结论与展望  71-73
  结论  71
  展望  71-73
参考文献  73-79
致谢  79-80
附录A：攻读学位期间所发表的学术论文目录  80

约束屈曲支撑在局部双层球面网壳的减震性能分析

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