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网架结构简化分析及球面网壳抗风数值模拟

刘文洋  
【摘要】:空间结构形式多种多样,受力性能好,一直是一种备受瞩目的建筑结构形式,也是当前建筑结构学科中最重要与最活跃的发展领域之一。随着大量空间结构的不断涌现,在其结构设计过程中往往要求快速得出结构的内力、位移分布规律及频率、振型等。因此,寻求一种既满足一般工程精度要求、又简便易行的简化计算方法就具有十分重要的工程意义。单层球面网壳结构是复杂空间结构的典型代表,目前对其非线性静力性能的研究已取得长足进展,但在动力性能方面,特别是抗震及抗风分析方面都有待进一步研究。对于单层网壳结构,在某些情况下风荷载往往比地震荷载还重要,因此应对其风致振动响应进行深入研究。 基于以上几点,本文的研究工作主要集中于空间网格结构的静动力简化分析方法和单层球面网壳结构的抗风性能研究。主要内容包括: 1、空间网格结构静动力简化分析方法把网架结构简化为夹层板,采用考虑剪切变形的具有三个广义位移的平板弯曲理论进行分析,基于分解刚度思想利用能量变分原理提出了网架结构弯曲、稳定与振动分析的简化计算方法,给出了位移、内力、屈曲临界荷载和固有频率的计算公式;将双曲抛物面索网中的稳定索与承重索均用劲性索代替形成劲性索网结构,基于能量变分法和Rayleigh法给出了劲性索网结构固有振动分析的简化计算公式。用有限元法对各类结构进行了相应的分析,对所提方法的准确性进行了验证,同时还与其它简化计算方法进行了对比。 2、单层球面网壳结构抗风性能研究利用线性自回归过滤器的模拟技术对考虑时间和空间相关性的风场进行计算机模拟,对三类网壳结构(分别考虑三种矢跨比1/8、1/5、1/4)进行了水平风作用下的风致振动响应分析。对各类网壳结构节点和单元响应的变化规律及其受矢跨比的影响进行了总结,得到了一些有价值的规律。计算了9种工况网壳结构的位移和内力风振系数,初步得出网壳结构的位移和内力风振系数可统一取为2.5。另外,还可得到结构的最大、最小风振系数。提出了网壳结构抗风设计验算方法及分析流程。


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