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鸟巢型索网结构的力学分析

许秀颖  
【摘要】: 国家体育馆的设计方案问世之后,“鸟巢型结构”一词随之诞生。鸟巢型结构是近几年提出的一种新颖美观的结构形式,主要可用于大跨度空间结构中。目前对这种新型结构的研究尚不多见,仅限于对鸟巢型网架和索穹顶结构的探索性研究,对其他结构形式的性能的研究仍为空白。因此对鸟巢型结构的深入研究及理论的完善显得尤为迫切。本文针对鸟巢型的索网结构进行了力学特性的分析研究。 目前已有研究的鸟巢型结构包括两种,即网架结构与索穹顶结构,本文为鸟巢型索网结构研究的首例。通过对以上三种结构在受力形式、用钢量、有效空间率、建筑美感和施工方法五个指标上对比分析及优化,结果显示索网结构形式是鸟巢型结构的较优形式。圆形鸟巢形索网是由统一长度、统一规格的悬索组成,本文中使用外环支撑点数和每条索两支承点间对应外环多边形的边数来描述鸟巢型索网的不同外部形态,通过对索网形态的对比分析,确定了符合实际工程要求的六种鸟巢型索网形式。 鸟巢型索网结构的静力特性分析中,本文主要采用了简化计算的方法,过程中运用连续性薄膜理论,把结构简化为薄膜进行受力分析,建立平衡微分方程,实现了求解结构内力和挠度的目的。同时使用有限元软件ANSYS对结构进行数值计算,计算结果与解析计算结果吻合较好。 鸟巢型索网结构的自由振动的特性分析中,求解结构自振频率与振型主要使用了两种方法,即基于能量法的计算方法和基于有限元分析的数值方法。计算得到鸟巢型索网结构自振频率的分布特征,振型的特点以及各因素对结构动力性能的影响,同时对BN245型到BN2410型的不同自振特性进行了对比与分析,为结构的选型提供了依据。 论文最后总结了上述的研究内容以及结论与成果,并指出了今后研究工作。本文对鸟巢型索网结构的研究,将有利于提高人们对这种新型结构的力学特性认识,有利于此结构的完善和使用,具有重要的学术意义和实用价值。


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