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双向张弦梁结构的静力稳定性及动力响应分析

梁赞远  
【摘要】:张弦梁结构是由下弦索、撑杆及压弯构件上弦拱组合而成的自平衡结构体系,受力合理,具有广阔的应用前景。本文在前人研究的基础上,采用ANSYS有限元软件,对双向张弦梁结构的静力性能、静力稳定性及在地震作用下的动力响应等问题进行研究。主要工作如下:(1)采用自平衡索力比值法,对双向张弦梁结构的预应力确定方法进行研究,并以算例进行验证。在此基础上,对双向张弦梁结构及其相应单层网壳的静力性能进行对比分析,同时探讨上弦拱的矢跨比、活载半跨布置等参数改变的影响。结果表明:自平衡索力比值法计算精度高,求解过程易于实现,适用于双向张弦梁结构的拉索预应力确定;下部索杆体系的引入,可有效减小上弦拱的内力峰值和变形,增大结构刚度;在结构高跨比不变时,随着上弦拱矢跨比的增大,节点竖向位移及单元内力相差均不显著;活载半跨布置对结构的节点竖向位移更为不利。工程实践中,建议上弦拱的矢跨比取0.06,并考虑活载半跨布置的影响。(2)考虑不同的整体初始几何缺陷引入方式,对双向张弦梁结构的静力稳定性进行分析,并改变参数,探讨上弦拱的矢跨比、活载半跨布置及初始几何缺陷最大值等对结构稳定性能的影响。研究表明:相比于随机缺陷模态法和修正的特征缺陷模态法,基于非线性屈曲模态的一致缺陷模态法计算效率高,且计算结果比修正的特征缺陷模态法更不利,建议采用一致缺陷模态法引入结构整体的初始几何缺陷;当结构的高跨比确定时,上弦拱不同矢跨比分析得到的稳定承载力系数相差不大,上弦拱的矢跨比取0.06时,较为合理;整体的初始几何缺陷最大值对该结构的稳定承载力有较显著的影响,建议缺陷最大值取跨度的1/300;活载全跨布置对结构的稳定承载力系数更为不利。(3)采用时程分析法,考虑不同的地震波引入方式,对双向张弦梁结构在地震作用下的动力响应开展研究,并探讨上弦拱的矢跨比、初始几何缺陷及地震强度调幅比等参数改变对结构动力响应的影响。分析表明;采用整体一致法时,相比于常遇地震,罕遇地震下的动力响应更为不利,且结构变形比单元内力的增幅更为显著。基于分析结果和相关规范要求,工程实践中,对于双向张弦梁的动力响应分析宜采用整体一致法,考虑到支座大质量法能更好地模拟下部拉索可能出现松弛的情况,此时可采用支座大质量法作为动力响应分析的补充;上弦拱矢跨比的减小,导致结构刚度减弱,罕遇地震下,与最大单元轴力相比,最大节点位移的降幅较大;整体的初始几何缺陷对结构动力响应的影响较为显著;等比调幅下结构的动力响应最为不利。


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