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张弦梁结构的静力、抗震和抗风性能研究

丁博涵  
【摘要】:张弦梁结构是通过撑杆连接上弦抗弯受压刚性构件和下弦高强度拉索而形成的一类新型大跨度结构体系。近些年来,由于该类体系在许多重要大跨度建筑中的成功应用,使其成为当前空间结构研究的热点课题之一。本文在已有研究工作的基础上,对单双向张弦梁结构的相关静力性能给予了重新审视,同时重点考察了该类体系的抗震、抗风性能。 首先在局部分析法的基础上对单向张弦梁结构的初始态预应力分布及其取值原则进行了讨论,明确指出张弦梁是一种预应力敏感体系,预应力对结构荷载态受力性能的改善有限。针对以往文献中关于高(垂)跨比和预应力水平对单榀张弦梁结构内力影响的认识分歧,重新进行了数值分析和解析说明,进一步全面考察了这些参数对结构静力性能的影响。 系统研究了双向张弦梁的静力性能。通过与单向张弦梁的对比分析,指出其刚度分布不均、下部索杆系统不能有效发挥作用等不足之处,而周边各榀张弦梁的厚度无法得到保证是主要原因。计算分析表明,对给定跨度的双向张弦梁结构应该优先选用榀数少的结构,而下弦拉索宜采用折线型布置。 系统研究了张弦梁结构的抗震性能。对结构动力特性的分析表明其振动以竖向振型为主,几何刚度对结构自振特性影响很小。利用反应谱法分别对单向和双向张弦梁结构进行了计算与分析,总结了两类体系地震响应的主要规律。另外进一步利用时程法和规范简化算法对单双向张弦梁结构的竖向地震响应进行了对比分析,分别考察了三种方法的适用性,并指出该类结构的地震响应分析不宜采用规范简化算法。最后简单论述了相关结构参数对结构抗震性能的影响。 对单双向张弦梁结构的风振性能进行了详细研究。编制了频域法计算程序和脉动风荷载的人工模拟程序,并分别采用频域法和时程法对单向张弦梁结构的风振响应进行了分析。通过对两类方法计算结果的对比,证明采用频域法计算该类结构的风振响应是有效的。此外,详细讨论了矢跨比、跨度以及屋面静荷载等参数对单向张弦梁结构风振性能的影响。最后基于频域法对双向张弦梁的风振响应进行了分析,通过对其风振响应数值结果规律性的总结,提出了张弦梁结构抗风分析设计的主要原则和建议。


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