自由曲面结构力学性能研究

论文摘要

随着社会发展的需要,人们不断追求新型的大空间,建筑物的跨度和规模越来越大,结构的形式也越来越丰富。近三十年来各种类型的大跨空间结构技术在世界各地得到了很大的发展,同时建造了许多大规模大跨度空间建筑物。我国的空间结构也正处于蓬勃发展之时,然而与国外相比,在空间结构的曲面造型上还略显单调,满足不了日益发展的社会需求。结构形态学是从整体上研究建筑形状与结构受力之间的关系,目的在于寻求二者的协调统一。空间结构应该凭借其合理形体来实现结构的高效率,因此形态学研究对空间结构具有重要意义。本文介绍了自由曲面结构形态的创构方法“高度调整法”,并利用该方法所得到的曲面结构作为本文的研究对象。已有研究验证了用该方法创构的曲面结构主要承受面内应力,但对这种结构的稳定性能、动力特性以及动力响应还没有系统研究。本文通过对三个不同的曲面模型进行了曲面形态创构,采用有限元分析软件对这三种曲面结构进行了双重非线性稳定性能分析,得出随着进化次数的增加,三种模型的极限荷载不断增大,稳定性能增强。通过对结构动力特性分析,得出三个模型的自振频率均非常密集,三个模型的自振特性均随着优化过程而得到改良。通过对结构进行时程分析,得出优化后结构的动力响应明显减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 空间结构形态学的发展
• 1.2.2 自由曲面结构的发展历程
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 研究基础
• 2.1 引言
• 2.2 高度调整法
• 2.2.1 自由曲面结构形态创构方法的建立
• 2.3 研究模型的选取与创构
• 2.3.1 研究模型的创构
• 2.4 本章小结
• 第3章 自由曲面结构非线性稳定性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 结构稳定性分析方法
• 3.3 全过程屈曲分析
• 3.3.1 连续壳体的全过程位移曲线
• 3.3.2 离散网壳的全过程位移曲线
• 3.3.3 工程实例全过程分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 自由曲面结构的自振特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 基本理论
• 4.3 三模型自振特性分析
• 4.3.1 三模型振型分析
• 4.3.2 三模型频率分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 自由曲面结构的弹性时程分析
• 5.1 引言
• 5.2 基本理论
• 5.3 三模型时程分析
• 5.3.1 模型一时程分析
• 5.3.2 模型二时程分析
• 5.3.3 模型三时程分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢