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预应力索桁架点式玻璃幕墙的动力分析

席爱斌  
【摘要】:预应力索桁架点式玻璃幕墙是由拉索、钢杆、玻璃及连接材料组成的柔性结构体系,主要是作为围护结构的墙体体系,近几十年来由于其独特的建筑艺术效果,越来越多的建筑采用这种幕墙。而目前对这种结构体系的研究还不够深入,特别是在风荷载、地震作用振动荷载下的动力分析更不完善,而因为这种情况而发生幕墙结构破坏的实例也很多,因此对这方面的研究不容忽视。本文在前人研究的基础上进行了预应力索桁架点式玻璃幕墙整体结构体系的动力响应分析。 本文首先介绍了这种幕墙的结构形式和特点,玻璃和组成支撑体系的拉索的特点和力学性能;拉索是在有初始预应力作用才具有刚度的;在有限元法推导方程的过程中,考虑到拉索大变形的应变表达式,求得它的几何刚度矩阵和弹性刚度矩阵。由Newton-laphson法求解非线性方程组。 本文重点介绍了利用有限元软件ANSYS对玻璃幕墙的动力分析。由根据虚功原理推导的有限元方程作为基础,计算了结构的自振频率和振型,分析了不同的参数(如不同的预应力、矢高等)对自振的影响,对结构的设计和下一步的分析起到了一定的帮助。 对于地震作用的结构响应分析,本文首先采用了反应谱法;简单介绍了反应谱的概念,建立了地震作用动力方程,并介绍了振型叠加方法的求解理论;利用模态分析的模型和结果,根据我国抗震规范用ANSYS反应谱法计算了结构的地震响应;其次介绍了时程分析即Newmark逐步积分法理论,对于EI Centro南北分量地震记录利用ANSYS的APDL语言在时域上进行了地震时程响应分析,详细的阐述了各构件内力位移出现的幅值及最大值,与静力计算结果、反应谱法结果进行了对照得出了许多结论,对放大系数提出建议。 对于风荷载的结构响应分析,本文首先根据国家荷载规范计算公式,对幕墙结构进行了风荷载的等效静力计算,得出了最大位移和应力,讨论了不同参数的影响。而作为一种随机振动荷载,本文用ANSYS对风进行了功率谱和时程分析;计算了不同参数下的风振系数,与规范中的作出对比;对于时程分析结果和等效静力分析结果作出对比,得出了许多结论。


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