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拱型波纹钢屋盖结构的动力特性及动力响应研究

谭成冬  
【摘要】:拱型波纹钢屋盖结构是一种典型的冷弯薄壁轻钢结构,由于其具有自重轻、造型优美、造价低、施工便捷等优点,因而在我国有着强大的竞争力和广泛的应用市场,是一种值得推广的结构形式。目前,国内外对这种结构的静力性能研究得较多,并取得了丰硕的研究成果,而其动力性能研究的文献相对较少。本文主要对这种结构的动力性能进行研究,包括动力特性和动力响应分析。 1.动力有限元法和结构的计算模型:介绍结构动力分析有限单元法的基本思想,进而推导了单元的刚度矩阵、质量矩阵以及阻尼矩阵,从而给出了离散结构的运动方程;并建立了本文分析中采用的平面拱模型和空间壳模型。 2.拱型波纹钢屋盖结构动力特性分析:动力特性分析是动力响应分析的基础,本文采用了两种分析方法:利用平面拱模型,采用子空间迭代法和广义Jacobi法编程实现对这种结构动力特性的分析,通过VB实现了程序的前后处理功能,编制了ACMRDP动力特性分析程序,并与试验结果进行了对比分析;利用有限元软件ANSYS中的Shell63单元对这种结构进行模拟,分析结构的动力特性,并与编程的结果进行对比分析。通过平面拱模型分析结果、试验结果以及ANSYS分析结果的对比分析,验证了拱模型分析结构动力特性的可靠性,进而进行了结构参数分析。 3.拱型波纹钢屋盖结构地震动力响应分析:采用平面拱模型,利用 法和 法,编程实现了对这种结构的动力响应的分析,并通过程序对这种结构地震作用下的动力响应进行了参数分析,验证了地震作用下的动力问题不是结构设计的控制因素。 4.拱型波纹钢屋盖结构风致振动响应的频域分析:采用空间壳模型,利用ANSYS中的谱分析模块,实现了对这种结构的风振响应分析,得出了结构的位移风振系数以及位移反应功率谱曲线。 5.拱型波纹钢屋盖结构风致振动响应的时域分析:首先通过线性滤波器法中的AR模型对这种结构的风速时程曲线进行了模拟;然后采用空间壳模型,利用ANSYS中的瞬态动力学分析模块,分析结构的风振时程响应;最后通过时域分析与频域分析的对比,验证了两种分析方法的可靠性。


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