张拉索膜结构自振特性分析

论文摘要

膜结构是二十世纪中期发展起来的一种新型柔性张拉结构形式，在国内外均得到较为广泛的应用。与传统的刚性结构相比，其突出的特点在于使用了质轻经济的材料，以及可以形成优美的建筑形体，因而特别适宜覆盖大空间建筑，向世人展现出不可抗拒的迷人的魅力。介绍了膜结构的发展、分类、特点等方面，从建筑欣赏角度上对膜结构这一新型结构进行了鉴赏分析。不同于传统的刚性结构，膜结构的结构特性决定了在设计过程中，对其找形和自振特性的分析是关键环节。通过改变结构跨度、高跨比、膜的预应力与张拉刚度和索的张拉刚度等影响自振特性的主要结构参数，对马鞍型、伞形和脊谷型等三个典型张拉索膜结构算例进行了系统的自振分析，结果表明：(1)索膜结构的自振频率较低且呈连续密集分布；(2)结构跨度和膜的初始预张力对张拉索膜结构的自振频率的影响较明显，表现为随结构跨度的增大而降低，随膜的初始预张力的增大而增大，前者不利于抗风；后者在跨度一定的条件下，适当增大可以较大幅度的提高结构的自振频率，有利于结构抗风；(3)膜和边索的张拉刚度对结构的自振频率影响不明显，特别是对第一自振频率，因此不适合通过增大或减小两者以求提高结构的自振频率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 膜结构的研究背景
• 1.2 膜结构的研究现状
• 1.3 张拉膜结构的力学特点
• 1.4 主要研究工作
• 第2章 膜结构建筑技术与艺术分析
• 2.1 膜结构的发展历程
• 2.1.1 国外膜结构的发展
• 2.1.2 国内膜结构的发展
• 2.2 膜结构的分类
• 2.2.1 充气膜结构
• 2.2.2 张拉膜结构
• 2.2.3 骨架式膜结构
• 2.2.4 索析架膜结构
• 2.2.5 索弯顶膜结构
• 2.3 膜结构的特点
• 2.4 膜材与膜结构施工
• 2.4.1 膜材
• 2.4.2 膜结构的施工
• 2.5 膜结构建筑学分析与体系组成
• 2.5.1 张拉膜结构建筑的美学根源
• 2.5.2 张拉膜结构建筑与环境关系
• 2.5.3 张拉膜建筑的体系组成
• 2.5.4 北京奥运会主体育场
• 2.6 本章小结
• 第3章 索膜结构分析的理论基础和有限元方法
• 3.1 概述
• 3.2 几何非线性分析理论
• 3.2.1 几何非线性有限元方程
• 3.2.2 大变形下的应变度量
• 3.2.3 大变形下的应力度量
• 3.3 索膜结构基于ANSYS找形分析理论
• 3.3.1 ANSYS软件简介
• 3.3.2 膜结构找形分析的形态确定理论基础
• 3.3.3 初始形态确定的非线性有限元方法
• 3.4 自振特性分析的ANSYS有限元方法基本理论
• 3.5 本章小结
• 第4章 索膜结构自振特性分析
• 4.1 概述
• 4.2 膜单元和索单元建模
• 4.2.1 膜单元建模
• 4.2.2 索单元建模
• 4.3 三种典型算例的找形
• 4.3.1 计算假定
• 4.3.2 算例说明与找形结果
• 4.4 索膜结构自振特性分析
• 4.4.1 计算流程
• 4.4.2 计算假定
• 4.4.3 各结构参数对自振特性的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢