桅杆结构整体稳定研究

论文摘要

桅杆结构是由直立的细长杆身和沿高度方向斜向布置的数层纤绳所组成的高耸结构。由于纤绳的几何非线性和杆身的P-A效应,桅杆结构有着强烈的非线性,属于大变形,小应变。在正常设计和建造的情况下桅杆结构破坏发生的比例在土木建筑中是罕见的。其中有不少是由于大风引起了桅杆某些杆件和局部区域的失稳,从而导致整个结构的失稳破坏。因此,桅杆结构的整体稳定问题值得研究。通过以往的实际工程经验,我们得知桅杆的一些结构参数对其强度、刚度、整体稳定等工作性能有着重大影响。在实际工程中,为了施工和设计人员的方便,桅杆结构的布置和构造常取一些默认的数值,如:纤绳层间长细比通常为60-100,纤绳倾角取45°,纤绳初应力取200-250N/mm2等等。本课题使用通用有限元程序SAP2000来分析这些结构参数对桅杆的整体稳定是否合理,如果不合理,就要提出更为优化,更加具体的取值。本文首先介绍了国内外的桅杆结构破坏实例,回顾了桅杆结构的研究现状。在纤绳和杆身的静力计算理论的基础上,介绍了桅杆静力整体稳定的分析方法。接着介绍了使用SAP2000建立桅杆结构模型的方法,并通过与经典桅杆算法的比较,证实了SAP2000计算桅杆结构的可靠性。本文分别研究了三方纤绳桅杆结构的纤绳初应力、纤绳倾角、纤绳层次、层间长细比对桅杆受力性能的影响。主要考虑了各类初参数对以下几方面性能的影响:纤绳节点位移、纤绳节点刚度、弦杆的最大压力、杆身纵向力、弦杆的失稳系数、桅杆的整体稳定安全系数。通过大量的数值计算和对比,本文对最常用的三方纤绳桅杆提出一系列有利于整体稳定的结构参数,供以后实际工程中的设计人员参考。最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 桅杆结构的破坏实例
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 桅杆结构静力分析和静力稳定的基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 纤绳计算理论
• 2.2.1 索单元的力学模型
• 2.2.2 桅杆纤绳的静力计算
• 2.3 杆身计算理论
• 2.3.1 综述
• 2.3.2 弹性支座连续梁法
• 2.3.3 空间杆单元理论
• 2.4 桅杆静力整体稳定理论
• 2.4.1 综述
• 2.4.2 临界力法
• 2.4.3 极限位移法
• 2.4.4 全过程位移跟踪法
• 2.5 算例
• 第3章 桅杆结构的建模与算例
• 3.1 SAP2000中桅杆结构的建模方法
• 3.1.1 SAP2000中考虑几何非线性的选项
• 3.1.2 逐步分析的方法考虑几何非线性
• 3.1.3 桅杆结构建模时的注意事项
• 3.2 算例分析
• 第4章 参数对桅杆结构整体稳定的影响
• 4.1 前言
• 4.2 纤绳初应力对桅杆受力性能的影响
• 4.2.1 四层纤绳各层取相同初应力时的比较
• 4.2.2 三层纤绳各层取相同初应力时的比较
• 4.2.3 二层纤绳各层取相同初应力时的比较
• 4.2.4 四层纤绳各层取不同初应力时的比较
• 4.3 纤绳倾角对桅杆受力性能的影响
• 4.3.1 四层纤绳相互平行时纤绳倾角的比较
• 4.3.2 三层纤绳相互平行时纤绳倾角的比较
• 4.3.3 二层纤绳相互平行时纤绳倾角的比较
• 4.3.4 每两层纤绳共用一地锚时纤绳倾角的比较
• 4.4 纤绳层数对桅杆受力性能的影响
• 4.5 层间长细比对桅杆受力性能的影响
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果