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深圳市民中心屋顶网架结构抗倒塌的安全评估系统的研究

毛永平  
【摘要】: 过去,网架结构被认为是一种异常而非传统的结构,而现在却已被普遍地接受,成为一种既经济又美观的、深受喜爱的结构。网架结构具有空间刚度大、体系稳定、抗震性能好、受力合理等优点,但是网架结构的尺寸巨大、受到的载荷作用大多具有随机性,并时刻暴露在恶劣环境中,易受自然灾害的影响。 本文以深圳市民中心屋顶网架结构智能健康监测系统为实际工程背景,所有的分析研究工作围绕监测系统的辅助模块—网架结构安全评估系统展开。研究工作以工程项目的顺利完工为最终目的,所采取的研究路线为先就整个网架结构的整体承载性能出发,通过精确的有限元分析方法掌握结构在弹性工作阶段的工作状态,并通过分析计算结果寻求关键监测区域,即网架结构承载的薄弱环节。这样可以将网架结构的分析工作分为二部分:关键监测区域和一般区域,对于不同的区域采用不同的研究方法。对于一般区域,仅考虑结构处于弹性工作阶段,不考虑结构和材料的非线性特征。对于关键监测区域,不仅研究结构的正常工作状态,还应该考虑结构和材料的非线性性质和组件失效后对于整个网架结构的影响。 本文首先以空间杆系有限元法对整个网架结构进行在设计荷载作用下的静力计算分析,对网架结构的承载能力和结构的内力分布有一定程度的了解,并可初步确定网架结构监测的关键区域。前人研究成果表明,进行网架结构分析特别是非线性分析时节点选择刚接会使计算分析结果更为合理。因而以空间梁元有限元法对网架的固有特性进行计算分析,同时考虑各种边界条件对于结构固有特性的影响,以此为基础进行动力分析,考察网架在地震作用下的结构响应。 由于网架结构的杆件众多,结构支撑条件复杂,少数杆件或节点的破坏对于结构的正常承载无显著影响,本文在第四章将研究方向转向网架结构的支撑体系,计算分析网架结构支撑钢牛腿的极限承载能力和安全储备,为支撑系统的正常工作提供一个理论上限。在第五章中,假定在外荷载的作用下,网架结构的单个支撑钢牛腿出现失效,研究在牛腿失效瞬时结构在恒载作用下的承载能力和工作状态。 本文由于研究对象复杂,涉及面较广,使文章的结构显得比较松散,但始终围绕一条主线开展工作,即通过一定的研究手段努力探索出各种网架结构的临界状态,为健康监测系统的安全评估模块提供理论依据。


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