考虑地基-基础-结构相互作用的柱面网壳结构动力性能分析

摘要

空间网格结构目前在工程中应用比较广泛，它覆盖跨度大、结构形式多样、重量轻、受力合理且施工方便，同时其相关理论也在相应的不断完善中。空间网壳结构静动力及抗震的研究成果颇丰，但是这些研究很多都没有把地基土的影响考虑进去或仅仅使用简化模型代替地基，这与实际结果可能会有较大的差距。所以，在研究网壳结构地震下的动力特性时考虑下部地基土共同作用具有非常重要的意义。本文以三向网格型单层柱面网壳为研究对象，考虑不同地基—基础—结构相互作用下屋面网壳的动力性能。
　　本文采用ANSYS Workbench有限元软件，应用ANSYS参数化设计语言(APDL)命令流建立集中粘弹性人工边界，分别建立不同地基—基础—结构相互作用下单层柱面网壳的整体模型。首先进行结构的自振特性分析，提取不同地基土下结构前30阶自振频率及6阶振型对比分析;然后三向输入调整后的EL—Centro波及Taft波，利用时程分析法得到协同工作模型在不同地基土下的地震响应结果，并分别选取最大响应值的节点及杆件，对节点位移、节点加速度、杆件轴力进行分析。通过对不同地基土下模型的自振特性及结构地震响应对比分析可知:
　　(1)结构自振频率密集，整个结构的自振频率随着地基土的变软而逐渐减小，尤其以软弱土下最为显著;同时通过振型图可以看出，第一振型均为水平振型;随着屋面荷载增大，模型各阶自振频率减小。
　　(2)在三向地震作用下，网壳节点水平位移最大值随地基土变软而增大，而节点竖向位移最大值和竖向加速度最大值在软弱土下会减小。
　　(3)在三向地震作用下，网壳杆件轴力最大值随地基土的变软而增大，但斜杆轴力最大值在软弱土下突然减小。
　　(4)在两种地震波作用的对比下，总体上EL—Centro波下的响应峰值稍大于Taft波下的响应峰值，相同时间点下的响应值相差较大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 空间结构协同工作研究的目的和意义

1．3 空间结构协同工作的发展及研究现状

1．4 分析程序和软件

1．5 本文研究内容

2 地基—基础—结构相互作用的理论分析

2．1 分析方法

2．1．1 实验法

2．1．2 理论法

2．2 结构的动力反应分析

2．2．1 动力分析的理论基础

2．2．2 结构的地震反应分析方法

2．3 地震波的选取和调整

2．3．1 地震波选择的重要性

2．3．2 地震波的选取

2．3．3 地震波的调整

2．4 本章小结

3 地基—基础—结构协同工作计算模型的建立

3．1 ANSYS软件简介

3．1．1 ANSYS软件的功能和分析流程

3．1．2 ANSYS软件的架构和两层体系

3．1．3 APDL和Workbench的对比和选择

3．1．4 ANSYS结构分析常用的单元类型

3．2 地基—基础—结构协同工作模型

3．2．1 人工边界的模拟

3．2．2 土体范围的截取

3．2．3 模型参数

3．2．4 土体参数

3．2．5 建模方法

3．3 本章小结

4 自振特性分析

4．1 不同地基土下自振特性分析

4．1．1 不同地基土下自振频率分析

4．1．2 不同地基土下振型分析

4．2 不同屋面荷载下自振频率分析

4．3 本章小结

5 相互作用下单层柱面网壳屋盖地震响应分析

5．1 阻尼的选取

5．2 网壳节点位移最大值变化规律分析

5．2．1 网壳节点位移最大值随地基土变化规律

5．2．2 网壳节点位移最大值在不同地震波下变化规律

5．3 网壳节点加速度最大值变化规律分析

5．3．1 网壳节点加速度最大值随地基土变化规律

5．3．2 网壳节点加速度最大值在不同地震波下变化规律

5．4 网壳杆件轴力最大值变化规律分析

5．4．1 网壳杆件轴力最大值随地基土变化规律

5．4．2 网壳杆件轴力最大值在不同地震波下变化规律

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献