节点刚度对凯威特型单层球面网壳结构风振响应的影响研究

摘要

随着我国空间钢结构技术水平的迅速提升和人们对大空间公共建筑的需求日益增加，使得大跨度空间结构成为我国建筑领域新的热点，其中网壳结构因其受力合理、跨度大、造型优美等优点倍受人们的青睐。但是，网壳结构重量轻，刚度小，受风面积大，属于风荷载敏感结构，在一些有强风的地区，风荷载甚至超过地震作用成为结构设计时的控制荷载，因此网壳结构抗风性能的研究具有非常重要的现实意义。目前，从事网壳结构抗风研究的学者众多，并取得了一系列重要的成果，本文主要是对先前学者们未探究过的节点刚度对网壳结构抗风性能的影响做了如下研究工作，并得出几点结论，希望可以为网壳结构的抗风性能研究有所帮助。
　　（1）查阅相关书籍、期刊和论文，对大跨度空间结构的发展及应用和网壳结构抗风研究的现状进行了总结。
　　（2）介绍了风荷载数值模拟的理论与方法，并采用自回归滤波器法（A R法），利用自编的MATLAB程序对拟分析模型的脉动风速进行了模拟，然后依据相关计算公式将风速转化为能作用于网壳结构的风荷载时程，发现AR法是一种高效、准确的风荷载模拟方法。
　　（3）设计不同的支座节点约束形式，通过模态分析及时程分析研究了不同支座节点刚度对凯威特型单层球面网壳结构风振响应的影响。研究表明：支座节点的弯曲刚度对网壳结构风振响应几乎没有影响；减少支座数量后网壳结构风振响应只在周边区域有增大；弹性支座对网壳结构风振位移响应的放大十分明显。据此，提出支座布置的控制弧长与支座节点控制刚度，为网壳结构支座节点设计提供参考。
　　（4）以焊接空心球的计算刚度为基础，设计了不同的对照节点刚度，利用短杆模型实现了节点刚度在模型中的输入，最后通过模态分析及时程分析研究了不同节点刚度对凯威特型单层球面网壳结构风振响应的影响。研究表明：符合设计规范的不同尺寸焊接球节点对网壳结构风振响应影响甚微；随着节点刚度的降低，球面网壳结构的风振响应呈增大趋势。据此，提出节点的控制刚度，为网壳结构节点设计提供参考。

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1绪论

1 .1大跨度空间结构的发展与应用

1 .2网壳结构的抗风研究

1 .3网壳结构抗风研究现状及本文研究的目的和内容

2风荷载的特性及数值模拟

2 .1平均风特性

2 .2脉动风特性

2 .3风荷载的数值模拟方法

2 .4球面网壳结构风荷载模拟

2 .5本章小结

3结构建模及分析方法简介

3 .1有限元法

3 .2结构有限元建模

3 .3结构模态分析

3 .4 风振响应时程分析

3 .5本章小结

4支座节点刚度对凯威特型单层球面网壳结构风振响应的影响

4 .1支座刚度设计

4 .2 支座刚度在模型中的输入

4 .3支座刚度对网壳结构自振特性的影响

4 .4不同支座刚度网壳结构风振响应时程分析

4 .5 本章小结

5节点刚度对凯威特型单层球面网壳结构风振响应的影响

5 .1 节点刚度设计

5 .2节点刚度在模型中的输入

5 .3节点刚度对网壳结构自振特性的影响

5 .4不同节点刚度网壳结构风振响应时程分析

5 .5本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果