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《天津大学》 2006年
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连续折线索单元及索穹顶结构静动力性能研究

冯振昌  
【摘要】: 基于张拉整体思想的索穹顶结构以其极高的结构效能赢得了结构工程师的青睐,国内外学者都积极投入本领域的研究。在索结构中,为便于施工,常常采用连续折线索进行张拉,但如何进行连续索的计算还是比较棘手的课题。虽然已提出了各种连续索的分析方法,但都存在一定限制。 处理结构吊装问题的约束绳系力学理论,采用的是解析几何的方法确定结构几何,程序缺乏通用性;对于细长构件的压弯影响较难考虑。如何进行连续索的理论计算显得十分重要。 首先介绍了空间结构形式,引入张拉整体结构概念,对索穹顶结构及目前的研究状况进行了重点介绍。 然后介绍了索穹顶结构形式和索穹顶结构预应力设计方法,并采用简化桁架计算方法进行了Geiger型和Levy型索穹顶结构预应力设计。 建立了结构分析采用的有限元方法,为结构计算提供依据。在文献[27]建立了3节点和4节点连续折线索有限元方程的基础上,建立了任意节点连续折线索有限元方程,为实际工程连续索的计算提供依据,并证明了该理论处理动力问题一样有效。 对结构吊装问题采用连续折线索有限单元法进行了分析。通过实例分析表明,该方法处理结构吊装问题是简洁、有效的,并可以进行吊装全过程分析,解决了工程结构吊装中的理论难题,同时证明了连续索有限元理论的正确性。对采用间断索和连续折线索的索穹顶结构分别进行了均布荷载和非对称荷载作用下的静力分析、温度作用分析及稳定性分析。非对称荷载作用下结构受力不利,温度对结构影响明显,结构不存在整体稳定性问题。 分析了结构荷载、预应力水平及所采用的索单元形式对结构频率和振型的影响。结果表明结构频率受荷载影响明显、受预应力水平影响不明显、受连续索单元影响明显;振型基本不受荷载和预应力影响,但受连续折线索的影响。 对采用间断索的索穹顶结构和采用连续索的索穹顶结构进行了抗震分析。分析结果表明,采用间断索的索穹顶结构抗震性能良好,而采用连续索的索穹顶结构在地震作用下发生崩溃。建议在结构设计时采用间断索进行设计,施工时可以考虑采用连续索进行张拉,但张拉完毕应对连续索进行固定处理。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TU399

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