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《浙江大学》 2008年
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弦支穹顶结构动力灾变研究

付智强  
【摘要】: 弦支穹顶结构自上世纪90年代初由日本东京政法大学教授川口卫(M.Kawaguchi)教授提出以来,已成功地应用于多项实际工程。但对弦支穹顶结构在强烈地震作用下的动力失效模式和动力灾变全过程研究,目前仍是空白。 本文针对上述问题,先研究了弦支穹顶结构的找力方法,然后通过参数化的模态分析,初步把握基本动力性能,最后借鉴网壳结构动力失效研究的理论方法,运用动力稳定理论和考虑材料几何双非线性的时程分析方法,以凯威特型弦支穹顶结构为代表,重点对弦支穹顶结构的动力失效模式和灾变全过程进行了深入研究。 1、探讨了拉索预应力确定的原则和方法,提出了一种确定预应力模态的方法,对几种方法进行了比较研究。探讨了整体预应力水平的确定方法,发现刚性索法确定的预应力水平可以使支座水平位移几乎为零(或水平推力非常小)。运用简化的张力补偿法实现了分析模型的初始张拉预应力在Ansys中的准确快速计算,为以后的动力灾变研究和参数分析提供了准确和合理的结构模型。 2、研究了弦支穹顶结构的自振特性。结果表明:弦支穹顶结构频率比较密集,各阶频率相差不大,除过高频外没有明显的跳跃,重频现象普遍,支撑条件对结构振型的影响明显。对自振特性进行了参数分析,考虑的参数有矢跨比、杆件截面、预应力水平和支座条件。 3、在准确模拟初始条件的基础上,用双线性强化的材料模型考虑材料的损伤,对结构在三维地震波作用下的地震反应进行了研究,对失效规律进行了总结。结果表明:由于下部索杆体系提高了结构布索区域的刚度,结构最终破坏时布索区域没有明显的局部凹陷,导致结构破坏的凹陷通常发生在刚度突变的区域和未布索的区域。 4、初步探讨了强烈地震作用下弦支穹顶结构的两种破坏形态:动力失稳和强度破坏。深入分析多个结构参数对弦支穹顶结构动力失效模式的影响,考虑的参数包括:支座条件;矢跨比;杆件截面;拉索预应力值。结果表明:结构的各主要参数都对结构的失效模式有影响,其中结构的约束形式、矢跨比对失效模式影响最大。 5、通过分析,建议确定设计方案时,重点考虑支座沿周边的稀疏程度、约束程度(径向是否约束)和拉索布置三个主要因素,使得结构的刚度尽可能分布均匀,在周边和中间内圈环索部位刚度应尽可能变化平缓。通过控制结构刚度薄弱部位的动力反应,控制结构的失效模式。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU399

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