不对称钢塔结构的非线性分析与设计应用

论文题目: 不对称钢塔结构的非线性分析与设计应用

论文类型: 硕士论文

论文专业: 结构工程

作者: 陈红霞

导师: 舒赣平

关键词: 高耸结构,几何非线性,材料非线性,半刚性节点,初始缺陷,不对称,支撑

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 应用日益增多的不对称钢塔结构具有高宽比大,横向刚度小,在水平荷载(主要是风荷载和地震作用)作用下非线性效应显著的特点,而国内外研究高耸结构非线性问题主要针对构架式塔架(主要用于电视塔)和桅杆结构,对不对称空间杆系钢塔结构的非线性分析可借鉴的资料很少。本文对不对称钢塔结构进行了非线性分析与设计应用。在PEP单元的基础上,建立了一种新的进行几何非线性分析的单元模型——EEP单元,该单元考虑了双向弯曲变形和扭转变形,通过分析比较,证明该单元比PEP单元精度要高。对半刚性连接和结构杆件的初始几何缺陷两种非线性因素进行了研究。得到了将半刚性节点和几何非线性同时考虑的刚度方程;建立了具有初始弯曲几何缺陷的EEP单元模型,用势能原理推导了刚度方程,可以直接模拟构件的初始弯曲对构件本身性能的影响。各国规范对非线性分析的规定和要求也在本文中进行了综合叙述。本文通过算例阐述了对钢塔结构由于不对称性所带来的不利影响,算例表明不对称性使得结构承受更大的非线性效应,内力和位移均较对称情况大得多,在算例分析的基础上,提出不对称钢塔的设计建议,以供工程参考。支撑是提高高耸钢塔结构抗侧刚度的重要措施之一,本文对支撑的作用进行也进行了算例分析,对支撑的设计提出了建议。在理论分析研究的基础上,文章对典型的不对称钢塔实例——南京奥体观光塔进行了设计应用,通过对该结构的非线性分析,论证了结构设计的正确性。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 钢塔结构的发展与应用

1.2 钢塔的功能和造型

1.3 钢塔结构的受力特点

1.4 钢塔结构非线性分析的研究现状及本文研究目的

1.4.1 高耸结构的研究现状

1.4.2 不对称结构（高层建筑、高耸建筑）的研究现状

1.4.3 高耸钢塔结构非线性分析的研究现状

1.4.4 本文研究的目的和意义

1.5 本文的主要研究内容

参考文献

第二章 高耸结构非线性分析的方法

2.1 非线性问题的分类

2.2 几何非线性分析

2.2.1 几何非线性分析方法

2.2.2 有限元法进行几何非线性分析的一般步骤

2.2.3 几何非线性有限元列式

2.2.4 非线性单元模型的建立

2.2.4.1 单元切线刚度矩阵的求解方法

2.2.4.2 三次插值函数

2.2.4.3 点平衡插值单元（PEP单元）

2.2.4.4 EEP单元

2.2.4.5 EEP单元的切线刚度矩阵

2.2.4.6 EEP单元的性能例证

2.3 材料非线性分析

2.3.1 增量有限元基本方程

2.3.2 二阶弹塑性分析方法的介绍

2.4 非线性问题的求解方法

2.5 非线性分析程序NIDA-NAF简介

参考文献

第三章 半刚性节点和缺陷分析

3.1 非线性因素

3.2 半刚性节点

3.2.1 概述

3.2.2 半刚性连接的主要形式

3.2.3 半刚性节点的分析方法和分析模型

3.2.4 半刚性节点单元的刚度方程

3.2.5 考虑节点半刚性和杆端塑性铰的模型

3.3 构件的初始几何缺陷分析

3.3.1 概述

3.3.2 构件的初始几何缺陷分析

参考文献

第四章 各国规范关于非线性分析的规定

4.1 规范关于二阶弹性分析的规定

4.1.1 我国规范规定

4.1.2 国外规范规定

4.2 二阶弹塑性分析规范规定

4.3 半刚性连接规范规定

4.4 缺陷效应规范规定

参考文献

第五章 高耸钢塔结构的非线性分析

5.1 高耸钢塔结构的非线性算例分析

5.1.1 算例分析

5.1.2 结论

5.1.3 设计建议

5.2 高耸结构支撑体系的探讨

5.2.1 支撑的作用

5.2.2 支撑的形式及支撑体系的基本要求

5.2.3 支撑和结构的关系

5.2.3.1 有侧移框架和无侧移框架

5.2.3.2 无支撑纯框架、强支撑框架和弱支撑框架

5.2.3.3 侧向柔性结构和侧向刚性结构

5.2.4 算例分析

5.2.4.1 算例一

5.2.4.2 算例二

5.3 南京奥体不对称观光塔的非线性分析兼论其设计研究

5.3.1 工程概况

5.3.2 结构方案

5.3.3 结构特点

5.3.3.1 受力特点

5.3.3.2 结构自振周期

5.3.3.3 风荷载作用下顶点最大加速度

5.3.4 非线性分析建模说明

5.3.4.1 空间计算模型

5.3.4.2 风荷载取值

5.3.4.3 分析工具

5.3.5 非线性分析结果

5.3.5.1 位移的比较

5.3.5.2 内力的比较

5.3.6 结论

参考文献

第六章 结论

6.1 本文的研究成果

6.2 尚待研究的内容

致谢

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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