论文摘要
网壳结构具有优越的力学性能和丰富多彩的建筑形式,其应用越来越广泛。目前网壳结构在静力稳定方面的研究已经取得了一系列的科研成果,然而这类结构在地震等动力作用下的研究还很不充分。了解随着构件和结构的延性变化导致结构性能发生的根本改变,是研究网壳结构在高烈度强震作用下的核心问题。网壳结构图形复杂,杆件、节点数量巨大,目前对于较常用的球面网壳、柱面网壳的建模方法人们研究较多。根据单层椭圆抛物面网壳结构自身的特点,考虑工程实际尺寸,采用圆弧替代抛物线的方法形成的拟合曲面,并利用等弧切分原则寻找网壳结点进行几何建模。采用自编APDL命令建立了单层椭圆抛物面网壳的有限元模型。实例证明按照该方法建立的几何模型完全能达到设计要求,满足工程精度。考虑结构跨度、屋面荷载、矢跨比,分割频数等因素对单层椭圆抛物面网壳结构自振特性的影响。利用多元最小二乘法拟合出该网壳的基本频率的实用简化公式,其计算结果与有限元结果相比,误差较小,且使用简便,有较好的实用价值,宜为设计人员撑握。单层椭圆抛物面网壳具有良好的弹塑性抗震性能,容许网壳中部分杆件进入塑性,并不影响网壳的抗震承载力。三向地震作用下结构的节点位移响应和最大杆件应力响应均大于在水平、竖向地震单独作用的响应。因此采用三向地震同时输入来研究网壳结构在地震作用下的动力响应比较合理。从水平向和三向地震作用下的应力分布图中发现,两者的分布峰值大致是相同的,因此在没有地震波三向记录的情况下,可将水平地震作用下的响应放大1.1～1.5倍。将椭圆抛物面网壳结构的固定支座设置成隔震支座,分别采用弹簧支座和粘弹阻尼支座对结构进行了隔震控制。在罕遇地震作用下,对网壳结构进行了时程分析,提取了网壳结构的最大节点位移、隔震支座的最大水平位移和最大支座反力。研究结果表明:两种隔震装置均能有效地控制了椭圆抛物面网壳结构的支座反力和结点位移,粘弹阻尼支座还能明显地减少了隔震支座的水平位移和隔震结构的水平位移。因此设置隔震的方法对于大跨网壳结构的减振是有效的。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 空间结构概论1.2 网壳结构的形式分类1.3 网壳结构的特点1.4 网壳结构计算方法1.5 网壳结构的地震反应分析1.6 网壳结构抗震和隔震的研究现状1.7 本文的研究工作和主要内容第2章 单层网壳结构动力分析方法及ANSYS应用2.1 空间网格结构的抗震分析理论2.2 空间网格结构抗震分析方法的分类2.3 网格结构的动力方程的数学模型2.3.1 数学模型2.3.2 单自由度体系动力基本方程的建立2.3.3 多自由度体系动力基本方程的建立2.4 本文采用的ANSYS技术2.4.1 单元（ELEMENT）2.4.2 材料（MATERIAL）2.4.3 ANSYS非线性求解方法2.4.4 ANSYS的瞬时动力分析第3章 单层椭圆抛物面网壳参数化建模3.1 椭圆抛物面的几何描述3.2 椭圆抛物面近似描述及误差分析3.3 建模方法3.3.1 椭圆抛物面网格划分3.3.2 三向斜杆网格节点坐标确定及计算3.3.3 单元的连接3.4 实例分析3.5 结论第4章 单层椭圆抛物面网壳自振特性4.1 概述4.2 网壳结构的自振特性分析4.3 网壳参数化分析4.4 单层椭圆抛物面网壳结构基频变化规律4.4.1 矢跨比对基频的影响4.4.2 长跨比对基频的影响4.4.3 屋面荷载对基频的影响4.4.4 支座刚度对基频的影响4.5 椭圆抛物面网壳结构自振频率实用简化公式4.6 多元最小二乘拟合原理4.6.1 多元线性回归分析4.6.2 多元非线性回归分析4.7 回归方程的验证及选取4.8 本章小结第5章 单层椭圆抛物面网壳地震响应的时程分析5.1 概述5.2 地震时程曲线的选取5.3 地震时程曲线的调整5.4 模型阻尼的选取5.5 正交正放型单层椭圆抛物面网壳地震响应分布规律5.5.1 基本计算参数5.5.2 水平地震作用下网壳的地震响应分析5.5.3 竖向地震作用下网壳的地震响应分析5.5.4 三向地震作用下网壳的地震响应分析5.6 本章小结第6章 单层椭圆抛物面网壳结构的支座隔震分析6.1 概述6.2 隔震支座模型的选取6.2.1 MATRIX27单元描述6.2.2 隔震支座数据输入6.3 三向地震作用下结构的隔震分析6.4 本章小结第7章 结论与展望7.1 结论7.2 展望致谢参考文献附录: 攻读学位期间的研究成果
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