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自平衡预应力球面网壳结构的稳定性分析与自振特性分析

范莹  
【摘要】: “单元拼装式自平衡预应力空间钢结构”是由施加预应力的基本单元构成的新型空间结构体系。基本单元和整个结构本身能达到自平衡,不需依赖主承重结构或刚性环来抵消索系的预应力作用。本文对这种由自平衡预应力结构单元拼装组成的大跨球面网壳进行了稳定性和自振特性分析。结构单元由若干压杆和柔性拉杆组成并通过施加预应力获得空间刚度。 随着建筑材料、计算机技术和结构理论的进步,网壳结构总的发展趋势是:跨度越来越大,所用材料越来越经济。网壳结构的稳定问题也因此成为设计中的关键问题。本文通过ANSYS有限元分析软件,采用分块兰索斯法(Block Lanczos),得到结构的屈曲荷载和屈曲模态,再考虑预应力对网壳结构稳定性的影响。本文在计算中,考虑了荷载的作用方式和结构的几何非线性等因素对网壳结构的影响。采用“一致缺陷模态法”研究初始缺陷对结构稳定性的影响,即用第一阶屈曲模态来模拟结构的最不利几何缺陷的分布形式,然后再对有缺陷的结构进行非线性稳定性分析。为了提高结构的稳定性,列出网壳的荷载—位移曲线,通过荷载—位移分析对此结构进行稳定性研究,求出结构的临界荷载。在对结构进行自振特性分析时,也同样利用ANSYS有限元分析软件,采用子空间迭代法对自平衡预应力球面网壳结构进行模态分析。通过模态分析得到预应力球面网壳结构的自振频率、模态振型,对比在不同预应力数值下网壳结构自振特性的变化情况。考虑了当结构受到外荷载作用时,结构的自振频率及模态振型的变化情况。


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