索托桁架结构稳定与抗震性能研究

【摘要】：摘要：索托结构是在综合斜拉结构和悬索结构优缺点的基础上,提出的一种新型空间张力结构体系,具有广阔的发展空间。索托结构是指拉索从结构的底部穿过,将结构“托”起而形成的结构体系,在索托结构中拉索为可滑移的连续索。相对于斜拉结构,索托结构可有效地减小拉索内力中的水平分力,受力更加合理,索利用率更高,具有较好的安全性和经济性。 本文以通用有限元软件ANSYS 11.0为工作平台,通过将拉索与桁架结构在其接触位置进行节点自由度耦合来建立索-托节点模型,并在其切线方向建立变刚度弹簧单元来模拟拉索滑移过程中的摩擦损失。在此基础上,建立索托桁架结构有限元模型并对其稳定性能及抗震性能进行了分析研究。 本文主要研究内容包括： (1)探讨了索托结构的结构受力特性及力学机理等问题,并归纳了减少索-托节点预应力损失的措施及拉索实现连续滑移的模拟方法。 (2)通过建立索托桁架结构有限元模型,对结构进行了线性特征值屈曲分析及非线性屈曲分析,比较了纯桁架结构与索托桁架结构的稳定性能,并分析研究了预应力水平、索夹角、索面积及托点位置等参数对索托结构稳定性能的影响。 (3)研究了预应力水平和索夹角对索托桁架结构动力特性和抗震性能的影响,并采用时程法分析了地震作用下桁架弦杆和腹杆内力分布情况。 结果表明,索托桁架结构的稳定承载力明显优于纯桁架结构,索夹角的改变对索托桁架稳定承载力影响较大。时程分析结果显示,提高预应力水平和选取合理的索夹角能有效地降低结构地震响应。本文结合以上分析结果给出了结构预应力水平和索夹角的建议取值,为索托结构体系的进一步研究及应用提供参考。