主次结构间的相互作用及流固耦合效应初探

论文摘要

主次结构体系的动态分析已经越来越受关注，因为次结构系统对它们所连接的主结构系统的正常工作和安全起着重要作用。预应力索桁架点式玻璃幕墙这种主次结构体系因其通透、美观、节能的诸多优点，决定了其在幕墙结构中广阔的应用前景。由于幕墙索结构对风的高度敏感性，因此对其受力性能的研究，日益成为结构工程学科研究的重要方向和热点问题。 本文以有限元理论为基础，结合索桁架结构体系的非线性特征，利用有限元软件ANSYS对结构在风荷载作用下主次结构间的相互影响及大面积幕墙结构的流固耦合效应进行研究。其一，通过对次结构索桁架与钢桁架结构之间的等效转换，分别计算在动力风荷载作用下主体结构的响应，对结果进行对比，分析索桁架支撑结构体系相比通常钢桁架结构支撑体系对主体结构带来的影响，产生更合理的设计方案。其二，大跨覆面材料的风振性能研究是结构风工程领域的热点问题之一，特别是在对风——结构的流固耦合效应计算时，具有相当大的理论难度，对负阻尼效应方面的计算方法更是没有具体参考的依据。本文提出与速度和位移相关的流固耦合效应假定，协同动力风荷载作用的计算，定性分析流固耦合效应。以上两方面的计算分析为主次结构的设计和流固耦合效应的研究提供一定的依据。 通过ANSYS软件对以上结构动力风荷载时域内的分析计算，对结构位移时程响应作出的比较，验证本课题采用的计算和假定的有效性。同时为进一步研究索桁架支撑主次结构体系的相互作用打下基础，对考虑流固耦合效应的大跨度覆面材料风振性能研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外现状与发展
• 1.2.1 玻璃幕墙的发展
• 1.2.2 主次结构风振特性研究现状
• 1.2.3 流固耦合效应的基本概念及研究现状
• 1.3 本文所研究的内容
• 2 主次结构特点及其有限元法
• 2.1 主次结构形式及特点
• 2.1.1 预应力索桁架工作原理
• 2.1.2 影响索桁架刚度的因素
• 2.2 拉索的力学特点
• 2.2.1 拉索的力学特点
• 2.2.2 拉索预应力的确定
• 2.2.3 拉索非线性特性
• 2.3 结构动力有限元分析原理及过程
• 2.3.1 有限元方法的基本概念
• 2.3.2 结构动力分析的基本原理和方法
• 2.3.3 动力分析的有限元基本方程
• 2.4 结构单元有限元法
• 2.4.1 拉索
• 2.4.2 钢杆
• 2.5 非线性方程的求解
• 3 主次结构体系动力特性分析
• 3.1 自振频率和振型的计算
• 3.2 ANSYS简介及模型的建立
• 3.2.1 ANSYS分析软件简介
• 3.2.2 主次结构体系的建模
• 3.2.3 质量等效钢桁架体系的确定
• 3.3 模型及计算结果对比
• 3.3.1 结构模型
• 3.3.2 预应力实现
• 3.3.3 结构特性计算与比较
• 3.4 本章小结
• 4 主次结构体系风振响应下的相互作用
• 4.1 风的基本形式和基本理论
• 4.1.1 风的基本特性
• 4.1.2 平均风与脉动风
• 4.1.3 脉动风的两个主要概率特性
• 4.1.4 建筑物结构表面的风压
• 4.2 风振响应的时程分析
• 4.2.1 瞬态动力学分析方法
• 4.2.2 时域分析风历程的生成
• 4.3 主次结构的相互作用
• 4.3.1 风速时程生成
• 4.3.2 主次结构相互作用
• 4.3.3 作用效应对比
• 4.4 本章小结
• 5 幕墙结构体系流固耦合效应初探
• 5.1 流固耦合效应基本概念及研究现状
• 5.2 结构模型与计算
• 5.2.1 结构模型
• 5.2.2 单点风荷载模拟及结构响应
• 5.3 流固耦合效应计算假定
• 5.3.1 结构响应曲线三角函数逼近
• 5.3.2 流固耦合效应计算假定
• 5.4 流固耦合效应
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的成果及主要结论
• 6.2 存在问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 论文发表情况