考虑支承结构的弦支穹顶静、动力性能研究

论文摘要

弦支穹顶结构是将单层球面网壳和索杆体系结合起来,形成一种刚柔结合的新型空间结构。弦支穹顶相比于单层球面网壳结构具有更好的受力性能,通过预应力的作用,使得结构整体刚度得到较大提升,从而可以应用于更大跨度的空间结构。本文介绍了弦支穹顶结构产生的背景、特点以及国内外研究现状和工程应用,简述考虑支承结构的目的和意义,详细介绍计算分析时所用的几何非线性有限元理论以及有限元方程的求解。采用ANSYS有限元程序,对K8型,采用钢柱支承的弦支穹顶结构进行整体结构分析计算。通过找形分析,确定了拉索合理的预应力比值和大小,并分析研究结构在静力荷载下弦支穹顶杆件内力和节点位移的分布规律。通过对弦支穹顶结构自振特性的研究分析,得出各阶自振频率和振型。对比了边界条件分别为铰支和固支时结构的动力特性,得出考虑支承结构对弦支穹顶自振特性的影响。对弦支穹顶进行时程分析,研究结构在一维和多维地震激励下的动力响应。分析杆件动内力分布和节点位移时程变化曲线,比较地震维数和地震输入方向对结构地震反应的影响。在上述对考虑支承结构的弦支穹顶静、动力性能模拟分析的基础上,对结构边界条件、跨度、矢跨比和预应力大小等参数进行系统的研究,总结上述参数对结构静力性能、动力特性以及地震反应的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 空间结构的发展
• 1.1.2 弦支穹顶结构的特点
• 1.2 弦支穹顶结构的研究现状和应用
• 1.2.1 国外研究现状和应用
• 1.2.2 国内研究现状和应用
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 论文的主要内容
• 参考文献
• 2 考虑支承结构的弦支穹顶结构的静力分析
• 2.1 基本理论
• 2.1.1 有限元基本方程
• 2.1.2 梁单元切线刚度矩阵
• 2.1.3 杆单元切线刚度矩阵
• 2.1.4 索单元切线刚度矩阵
• 2.2 计算模型
• 2.3 静力分析
• 2.3.1 确定预应力
• 2.3.2 静力分析
• 2.3.3 边界条件的比较
• 2.4 参数分析
• 2.4.1 跨度的影响
• 2.4.2 矢跨比的影响
• 2.4.3 预应力的影响
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 3 考虑支承结构的弦支穹顶动力特性分析
• 3.1 动力特性分析方法
• 3.2 自振特性
• 3.3 参数分析
• 3.3.1 跨度的影响
• 3.3.2 矢跨比的影响
• 3.3.3 预应力的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 4 考虑支承结构的弦支穹顶地震响应分析
• 4.1 基本理论
• 4.1.1 动力学有限元分析方法
• 4.1.2 刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵
• 4.1.3 地震作用下的运动方程求解
• 4.2 结构阻尼
• 4.3 选择地震波
• 4.4 算例分析
• 4.4.1 算例模型
• 4.4.2 输入地震波
• 4.4.3 时程分析
• 4.5 参数分析
• 4.5.1 改变边界条件
• 4.5.2 改变跨度
• 4.5.3 改变矢跨比
• 4.5.4 改变预应力
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 硕士研究生学习阶段发表论文