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斜放四角锥预应力组合网架结构的数值分析、试验研究及软件开发

英明  
【摘要】:预应力组合网架是一种基于组合网架和预应力技术发展起来的由钢和钢筋混凝土组合而成的新型空间结构体系,这种体系可以充分发挥混凝土耐压,钢材耐拉的材料特性,同时又利用预应力拉索有效的控制了结构的挠度,是值得推广的一种空间结构形式。目前国内、外在此领域的研究和应用都相对较少,主要是针对结构的静、动力特性而进行的分析和研究,而关于预应力值的确定、竖向地震作用的计算和辅助计算软件的开发,则是预应力组合网架结构需要进一步研究和解决的问题。本文结合以上问题,对斜放四角锥预应力组合网架进行了详细的分析和研究。 首先介绍了斜放四角锥预应力组合网架结构的数值模拟方法以及基本假定,简述了静力有限单元法和动力有限单元法的基本理论。 其次,以天津一中的实际工程为基础,将结构形式替换为斜放四角锥预应力组合网架,通过大型通用有限元软件ALGOR对它的静力特性进行了详细的分析和研究,并将结果与正放四角锥预应力组合网架的结果进行了比较。阐述了张力松弛法的基本原理,提出了预应力组合网架结构的最优预应力值的确定方法。 再次,对斜放四角锥预应力组合网架进行了详细的动力特性分析,计算了结构的自振频率,详细分析了影响自振频率的各种因素,利用三元线性回归原理得出了基本周期的简化计算公式。对处于抗震设防烈度为8度和9度地区的斜放四角锥预应力组合网架的竖向地震作用进行了分析和计算,验证了简化方法的可行性。 再次,通过斜放四角锥预应力组合网架的模型试验,验证了结构内力分布特点的正确性以及张力松弛法的可行性。 最后,以自编的FORTRAN有限元程序为内核,采用Visual Basic语言开发了预应力组合网架结构的辅助计算软件,并将其结果与ALGOR的计算结果进行了比较,验证了ALGOR中计算模型的准确性。


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