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大跨弦支穹顶结构稳定性及竖向地震响应分析

银小刚  
【摘要】:弦支穹顶结构是将张拉整体和单层网壳相结合而形成的一种大跨度空间结构体系。与单层网壳相比其具有结构刚度大、稳定性高等特点;与双层网壳相比,具有结构造型美观,自重轻等特点。因此,弦支穹顶可以更加经济合理、新颖美观地跨越更大的跨度。本文总结了弦支穹顶结构的特点和研究现状,提出了弦支穹顶结构研究亟待解决的问题。以凯威特-联方型弦支穹顶结构作为研究对象,对大跨度弦支穹顶结构的形态、静力性能、稳定性,以及竖向地震作用计算方法和性能做了较系统和全面研究。 对大跨度弦支穹顶结构进行形态及静力性能分析。介绍了弦支穹顶预应力比值设定的简化计算公式,确定各圈环索预应力的比值;提出了弦支穹顶结构形状确定问题的特殊性,以初应变为媒介,应用张力补偿法和迭代法,编制了在ANSYS中运行的APDL语言程序,来实现寻求预应力平衡态初始应变的找力过程;基于100m的大跨弦支穹顶结构分析其预应力平衡态和荷载态的静力性能,并将他们进行比较。研究矢跨比对弦支穹顶结构静力特性的影响,分析结构内力和竖向位移等参数的变化情况,全面了解静力特性。 基于几何非线性分析有限元基本理论,利用ANSYS软件对弦支穹顶进行特征值屈曲和非线性屈曲分析,提出了预应力钢结构特征值屈曲的特殊性,考虑矢跨比,跨度、初始缺陷等因素对弦支穹顶稳定性的影响,采用弧长法对结构的载荷位移曲线进行全过程跟踪分析。 根据地震竖向震动信息运用Simpson法基于Matlab编程直接计算竖向地震反应谱和Matlab中动力模拟系统工具箱计算竖向地震反应谱进行比较;对规范采用的简化计算、基于水平地震影响系数和基于竖向加速度反应谱的振型分解反应谱法以及时程分析法这四种常用的竖向地震作用计算方法进行分析比较;对弦支穹顶自振频率、振型及影响因素进行了分析;将小波分析用于地震波选取,分别输入两条地震波和一条人工波,采用时程分析法,分析了跨度为60m、80m、100m和125m,不同矢跨比弦支穹顶结构的竖向地震响应。


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