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不同支承条件下单层柱面网壳结构的动力特性及抗震性能研究

王凯  
【摘要】:网壳结构具有刚度大、自重轻、造型丰富美观,受力合理,覆盖面大,技术经济指标好的特点,是一种颇受国内外关注且有广阔发展前景的大跨度形式空间结构。近几年国内学者在网壳结构静动力性能及抗震的研究领域取得了丰硕成果。但是,这些研究成果大多是将下部的支承体系与上部的网壳结构分开考虑,以简支或固支边界来模拟网壳结构的支承情况,进行独立的力学性能计算。事实上,大多数网壳结构支承在底部框架上,地震荷载通过地面运动传给下部支承结构,而后由支承结构传给上部网壳屋盖。若不考虑下部支承结构的影响而只研究空间结构的抗震性能,将会与实际情况产生较大的偏差。因此,对考虑下部支承体系共同作用的网壳结构在地震作用下的动力分析的研究有着重要意义。 本文结合最近的参考文献,在前人的工作基础上,考虑较为常用的单层柱面网壳结构,运用非线性有限元理论和有限元分析程序ANSYS,把网壳屋盖和下部支承结构作为一个整体结构体系进行分析。 首先建立模型,考虑三种支承条件:一种是前人常用的方法,将下部支承体系简化成固定铰支座;第二种是两纵端有人字形支承柱;第三种是一纵端固定山墙另一端人字形摇摆柱支承。考察这三种支承条件的网壳模型在三维地震作用下的动力性能,并进行参数影响分析,重点研究几何参数(矢跨比、长宽比、跨度)对结构动力性能的影响,再将三种结构进行对比分析,得出下部支承体系对网壳屋盖的动力性能的影响不容忽视,两纵端支承会减弱结构Y、Z方向刚度,使这两个方向的动力反应增大,并且使起拱方向的杆件最大轴力增大;网壳结构在动力荷载作用下受高阶振型影响比较明显。 对三种支承条件的网壳结构进行动力失效分析,考察结构在地震荷载作用下的动力性能和破坏模式,通过对比发现固定铰支座结构的破坏模式属于强度破坏,而有支承柱网壳结构的破坏模式带有动力失稳的特征,属于动力失稳和强度破坏的结合,偏重于强度破坏。 参考CR框架结构基于性能的抗震设计理论和抗震性能的评估方法,运用SAP2000分析软件对网壳结构进行静力弹塑性分析,对柱支承网壳结构进行简单、快捷的抗震性能评估。


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