肋环型球面空腹网壳结构的动力特性及地震响应研究

论文摘要

肋环型球面空腹网壳结构是一种新型大跨空间结构形式,具有良好的受力性能,且造型简洁美观,适用跨度更大。但目前,关于空腹网壳的研究和工程实践很少,本文运用ANSYS有限元分析软件对肋环型球面空腹网壳结构进行了动力特性的参数化分析和结构在地震作用下的抗震性能研究。对肋环型球面空腹网壳结构进行了模态分析,研究结构的基本自振特性,并对结构的自振特性进行了参数化分析,从矢跨比、网壳厚度、腹杆截面尺寸和支座约束等方面讨论参数变化对结构自振频率的影响。采用时程分析法对肋环型球面空腹网壳结构进行了地震作用下的抗震性能研究,分别就水平地震作用、竖向地震作用和三维地震作用对结构经向杆件、纬向杆件、腹杆的轴力响应和由结构顶部到边缘处最大动应力的变化情况,以及不同位置处的节点位移响应进行研究,为肋环型球面空腹网壳结构的抗震设计提供依据。对结构分别采用不同地震波输入研究其地震响应,包括EL-Centro波,Taft波和F4波,并对三种地震波下的结构响应进行对比分析,为研究该类结构的最不利地震动提供参考。最后,对上述研究内容及成果做了简单总结,并展望了进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 空腹网壳结构的发展和应用
• 1.2.1 空腹网壳结构的发展
• 1.2.2 空腹网壳结构的应用
• 1.3 空腹网壳结构的分类及特点
• 1.4 空腹网壳结构的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 2 肋环型球面空腹网壳自振特性分析
• 2.1 结构自振特性的基本理论
• 2.1.1 网壳结构的动力概述
• 2.1.2 自振特性分析的基本原理
• 2.2 肋环型球面空腹网壳结构的计算模型
• 2.3 自振特性分析
• 2.4 参数分析
• 2.4.1 矢跨比变化的影响
• 2.4.2 网壳厚度的影响
• 2.4.3 腹杆截面尺寸影响
• 2.4.4 支座约束影响
• 2.5 本章小结
• 3 肋环型球面空腹网壳的抗震性能
• 3.1 计算模型及基本假定
• 3.2 地震波的选取
• 3.3 肋环型球面空腹网壳结构在地震作用下的轴力响应
• 3.3.1 水平地震作用下的轴力响应
• 3.3.2 竖向地震作用下的轴力响应
• 3.3.3 三维地震作用下的轴力响应
• 3.4 肋环型球面空腹网壳地震作用下的位移响应
• 3.4.1 水平地震作用下的位移响应
• 3.4.2 竖向地震作用下的位移响应
• 3.4.3 三维地震作用下的位移响应
• 3.5 水平、竖向、三维地震作用下结构响应综合分析比较
• 3.5.1 结构轴力响应综合分析比较
• 3.5.2 结构位移响应综合分析比较
• 3.6 矢跨比对地震响应的影响
• 3.6.1 矢跨比对杆件轴力的影响
• 3.6.2 矢跨比对节点位移的影响
• 3.7 本章小结
• 4 不同地震波对肋环型球面空腹网壳抗震性能的影响
• 4.1 最不利地震动研究的意义
• 4.2 不同地震波输入下的结构响应
• 4.2.1 Taft波三维输入结构的地震响应
• 4.2.2 F4波三维输入结构的地震响应
• 4.2.3 不同地震波地震响应对比
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文