预应力门式刚架的受力性能研究与模态有限元分析

论文摘要

在轻型房屋钢结构体系中，门式刚架结构在施工周期、结构适用性上与传统建筑产品相比，具备明显的优势。当前对门式刚架省钢的研究主要集中在针对截面内力情况，采用楔形门式刚架。本文针对普通大跨度实腹式门式刚架随着跨度的增大经济性指标下降的问题，采取另一种方法，在门式刚架的梁柱连接处布置水平预应力拉索。通过施加预应力来改善结构内力状况，使部分构件卸载，从而改变传统的钢结构计算模式，为新型的钢结构设计和科学的施工方法提供一点建议。本文采用拉索法对门式刚架施加预应力，完善了变截面杆件的刚度矩阵。利用有限元原理和MATLAB语言，编制了有限元计算分析程序，研究了拉索的初拉力、拉索的截面积、门架的跨度、门架的坡度等参数对预应力门式刚架受力性能的影响，得出了预应力门式刚架结构内力和变形的变化规律；还利用振动学原理和ANSYS的APDL语言对预应力门式刚架进行了模态有限元分析，着重研究了柱高、坡度、跨度等对预应力门式刚架模态的影响，分析了预应力门式刚架的结构自振特性问题，为工程结构的谐响应分析、瞬态动力学分析、频谱分析提供了理论计算依据。在对受力性能研究和模态有限元分析过程中，都对普通门式刚架和预应力门式刚架进行了比较，给出了相应的设计建议，为实际工程设计提供有益的参考资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 轻型钢结构门式刚架
• 1.1.1 轻钢门式刚架的结构体系
• 1.1.2 轻型钢结构门式刚架结构体系在国外的发展概况
• 1.1.3 轻型钢结构门式刚架结构体系在我国的发展概况
• 1.2 轻钢结构预应力门式刚架研究方法与研究现状
• 1.2.1 轻钢结构预应力门式刚架研究方法
• 1.2.2 轻钢结构预应力门式刚架的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 预应力钢结构理论
• 2.1 预应力理论
• 2.1.1 预应力钢结构的发展历程
• 2.1.2 预应力钢结构种类
• 2.1.3 预应力钢结构经济效益
• 2.1.4 预应力钢结构受力机理
• 2.1.5 预应力钢结构加索方案
• 2.2 预应力钢结构的施工方法
• 2.3 预应力钢结构门式刚架的局部构造处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 刚架结构的有限元程序编制
• 3.1 有限元理论简介
• 3.1.1 有限元基本思想
• 3.1.2 有限元分析求解过程
• 3.2 建立总体刚度方程并求解
• 3.2.1 结构局部坐标系的单元刚度矩阵
• 3.2.2 结构局部坐标系的单元刚度方程
• 3.2.3 结构整体坐标系的单元刚度矩阵及方程
• 3.2.4 总体刚度矩阵及方程
• 3.2.5 总体刚度矩阵方程的求解
• 3.2.6 数值求解
• 3.3 节点等效荷载
• 3.3.1 作用垂直均布力
• 3.3.2 作用水平均布力
• 3.3.3 作用垂直集中力
• 3.4 预应力门式刚架的计算模型
• 3.5 预应力门式刚架的计算原则
• 3.6 验证程序的算例
• 3.7 本章小结
• 第4章 预应力门式刚架的受力性能研究
• 4.1 算例条件
• 4.1.1 设计资料
• 4.1.2 荷载
• 4.1.3 预应力结构形式
• 4.2 普通门式刚架的受力分析
• 4.3 预应力门式刚架的受力性能研究
• 4.3.1 不同预拉力作用下的预应力门式刚架的内力分析
• 4.3.2 不同预拉力作用下的预应力门式刚架的应力分析
• 4.3.3 改变预应力门式刚架拉索的截面积
• 4.3.4 改变预应力门式刚架的跨度
• 4.3.5 改变预应力门式刚架的坡度
• 4.4 本章小结
• 第5章 预应力门式刚架的模态有限元分析
• 5.1 结构模态分析问题概述及理论基础
• 5.1.1 结构动力方程的建立
• 5.1.2 模态的提取方法
• 5.1.3 ANSYS环境下的模态分析过程
• 5.2 预应力门式刚架模态有限元计算分析的前提
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 约束的处理
• 5.2.3 材料性能系数的确定
• 5.3 预应力门式刚架模态有限元计算结果与分析
• 5.3.1 刚架跨度对模态的影响
• 5.3.2 预应力门式刚架与普通门式刚架的模态振型
• 5.3.3 门式刚架柱高对模态的影响
• 5.3.4 刚架坡度对模态的影响
• 5.3.5 门式刚架的节点振动位移
• 5.3.6 刚架模态有限元分析模型的验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢