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防风网结构风振响应与疲劳特性研究

作　者: 孙熙平
导　师: 王元战
学　校: 天津大学
专　业: 港口海岸与近海工程
关键词: 防风网结构风荷载优化设计风振响应风振疲劳
分类号: TU352.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

防风网是应环境保护要求而发展起来的一种新的结构型式。防风网结构在国内的应用才刚刚起步,在国内外也未见有关于它的动力响应以及风振疲劳分析的研究工作。虽然我国现已建成的防风网工程不多且规模较小,但是随着港口功能的扩展和人们环保意识的加强,大型、高效能的防风网会得到愈来愈广泛的应用。防风网结构的设计安全是面临的重要课题,特别是在风荷载作用下防风网结构的优化设计、结构动力特性、风振响应以及风振疲劳损伤等,是大型、高效能防风网结构设计需要解决的关键技术问题。本论文以某实际工程为背景,对防风网结构的设计方法,风振响应分析以及风振疲劳特性等进行了研究。本文的主要工作包括以下几个方面:1、防风网结构设计方法研究。给出了防风网结构主要设计内容、方法和步骤。设计内容主要包括:防风网总平面布置、上部钢结构设计、基础结构设计等。结合某防风网的实际工程,进行了防风网结构设计。2、风压力作用时程模拟。由《建筑结构荷载规范》中的Davenport脉动风速谱生成200s的脉动风荷载作用时程。3、防风网结构静力有限元分析。按《建筑结构荷载规范》计算等效静风压,将等效静风压作用在防风网上,利用有限元方法对防风网结构的应力、位移进行静力分析。4、防风网结构的动力特性研究。利用有限元方法计算防风网结构的频率、振型,得到防风网结构的第一阶振动频率为0.460,进一步对不同频率下防风网结构的动力响应特性进行分析。5、防风网结构动力响应研究。将由脉动风速谱生成的脉动风荷载作用时程作为输入,利用有限元方法对防风网动应力、位移响应时程进行计算。结果表明,在风动力作用下防风网结构的应力、位移有较大的放大效应。6、防风网结构风振疲劳分析。利用瞬态动力分析的结果,找出防风网结构应力疲劳最危险的地方。结合疲劳分析的基本理论,把应力时程谱转化成应力峰值谱,应用雨流法统计最危险单元的应力时程,得到应力循环次数及应力幅大小,基于Miner线性累积损伤准则编写Ansys的风振疲劳程序计算得到疲劳寿命。本文计算了设计风速为32.9 m/s、26.8 m/s、20 m/s和12 m/s时防风网结构的疲劳寿命。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 概述  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
    1.2.1 作用在防风网结构上的风荷载  9-10
    1.2.2 防风网结构国外研究现状  10
    1.2.3 防风网结构国内研究现状  10-11
    1.2.4 防风网结构的动力响应及风振疲劳研究现状  11
  1.3 本文的主要研究工作  11-13
第二章防风网结构风荷载时程模拟  13-21
  2.1 风的基本特性  13-16
    2.1.1 平均风的基本特性  13-15
    2.1.2 脉动风的基本特性  15-16
  2.2 风速时程的数值模拟  16-21
第三章防风网结构设计方法研究  21-38
  3.1 概述  21
  3.2 上部钢结构设计方法  21-30
    3.2.1 作用在防风网结构上的风荷载  21-22
    3.2.2 钢结构杆件尺寸计算方法  22-26
    3.2.3 钢结构焊缝计算方法  26-28
    3.2.4 防风网结构柱脚设计方法  28-30
  3.3 防风网基础设计方法  30-32
    3.3.1 地基基础稳定性验算方法  30-32
    3.3.2 条形基础的配筋计算  32
  3.4 防风网工程设计计算实例  32-38
    3.4.1 工程介绍  32
    3.4.2 防风网结构静力有限元分析  32-35
    3.4.3 防风网工程设计计算结果  35-38
第四章防风网结构动力特性与动力响应研究  38-49
  4.1 防风网结构动力特性  38-41
    4.1.1 动力特性分析模型  38
    4.1.2 自振频率和振型计算方法  38-39
    4.1.3 防风网结构的自振频率和振型  39-41
    4.1.4 防风网动力特性分析  41
  4.2 防风网结构动力响应  41-46
    4.2.1 防风网结构动力响应分析方法  41-42
    4.2.2 防风网结构位移和应力的动力计算  42-46
    4.2.3 防风网结构位移和应力的静力计算  46
  4.3 结果讨论  46-48
    4.3.1 各种计算方法比较  46-47
    4.3.2 防风网结构动力特性影响  47-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章防风网结构风振疲劳特性  49-63
  5.1 疲劳的基本理论  49-51
    5.1.1 总寿命法  49-50
    5.1.2 断裂力学方法  50-51
    5.1.3 两种方法的比较  51
  5.2 雨流计数法  51-53
  5.3 钢结构规范中的疲劳计算  53-54
  5.4 时域内防风网结构风振疲劳分析  54-55
  5.5 防风网结构疲劳计算实例  55-63
第六章结论与建议  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 建议  64-65
参考文献  65-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

防风网结构风振响应与疲劳特性研究

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