弦支穹顶结构分析研究

【摘要】：目前,大跨度空间结构是发展最快的结构类型。大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展状况已是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。因此,世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费,这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。弦支穹顶结构就是日本学者通过对索穹顶和单层网壳的缺陷研究之后于上世纪九十年代提出的一种新型杂交结构体系。对弦支穹顶结构的研究日本做的较多,而国内于对该结构的研究和探索始于本世纪初,对弦支穹顶结构的动力特性、地震响应以及风振反应等方面的研究还很少,工程应用也仅有尝试性的一例。因此可以说,弦支穹顶结构的研究还是一个新课题,本文的工作仅仅是对该结构的一个探索性研究。 首先,在查阅大量国内外相关文献资料的基础上,简单回顾了杂交结构的发展、国内外研究现状及其在工程实践中的应用情况;简介了本文研究的弦支穹顶结构的提出背景、结构形式、国内外研究现状及工程应用情况,并明确了本文的主要研究内容。 其次,介绍了弦支穹顶结构的有限元基本方程及非线性方程组求解方法。分析了弦支穹顶结构的选型,并选用ANSYS分析软件对弦支穹顶结构工作态的静力性能分析与计算。研究了分析计算方法、节点刚度对弦支穹顶结构在竖向荷载作用下静力特性的影响,同时得到了单元内力、节点位移、支座反力等静力特性的变化规律。研究了矢高、初始预应力等不同参数对弦支穹顶结构静力特性的影响。 接着,采用结构动力学理论以及子空间迭代法对弦支穹顶结构进行自振特性分析,了解了弦支穹顶结构各阶频率及对应的振型以及结构各向刚度分布的情况,掌握了弦支穹顶结构的基本自振特性。研究了矢高、屋面质量、弦截面、初始预应力等不同参数对弦支穹顶结构自振特性的影响,分析了弦支穹顶结构的频率和对应的振型在不同参数下的变化情况以及其质量和刚度是否匹配的问题。 然后,利用空间多维地震振型分解反应谱法研究了弦支穹顶结构在多遇地震下的抗震性能问题,分析了弦支穹顶结构各构件的动内力分布规律。讨论和分析振型组合数、矢高、屋面质量、弦截面及初始预应力等对弦支穹顶结构动内力的影响以及结构的动内力和动位移在不同参数下的变化情况。同时还采用时间历程分析法对弦支穹顶结构进行动力分析,并与谱分析进行对比。通过对弦支穹顶结