树状结构的静力反应分析及地震作用下的动力反应分析

摘要

树状结构作为一种新型的空间仿生结构，由于它具有造型优美新颖和受力性能良好等优点，近年来逐步走进了人们的视野。经过长期研究，树状结构现主要用于大跨度空间建筑的支撑，并在国内外已有许多成功并且具有代表性的工程实例。本文在总结前人研究成果的基础上，以西安火车站北站房为研究对象，借助SAP2000有限元分析软件，对它的主要支承结构——树状柱在静力及动力作用下的受力特点进行了较为细致的研究，以期为今后树状结构的设计研究提供有益的参考。
　　本文的主要内容为:
　　1.采用五种荷载组合对该树状结构进行静力性能分析，得到各树状主柱及其一级分枝树杈柱在各种荷载组合作用下的轴力值、弯矩值、剪力值以及柱顶节点水平向位移值。对比表明，各荷载组合下结构的承载力及变形均能满足规范要求;百年一遇的风荷载比其它荷载作用影响略大，起主要控制作用，在计算时不可忽略。
　　2.根据动力特性理论，对该结构进行了模态分析，得到前30阶振型的自振周期、振型以及自振频率变化关系，结果表明，由于结构自振特性较为复杂，在进行地震作用分析时应考虑高阶振型对结构分析的影响;同时不可忽略结构的竖向振型对结构分析的影响。
　　3.分别采用反应谱法和时程分析法对树状结构进行多遇地震作用下的动力分析，（根据抗震规范要求在时程分析时选择了两条实际地震波及一条人工地震波，考虑水平X向、水平Y向及竖向地震波的输入，）得到结构树状主柱及其一级分杈柱顶节点分别在水平X向、水平Y向及竖向地震作用下的竖向和水平方向的位移，结果表明，竖向地震作用对结构的影响也比较明显，在进行抗震分析时，竖向地震作用也应该考虑。
　　4.对时程分析法的计算结果与反应谱法所得结果进行对比:振型分解反应谱法只能给出结构动力反应的最终结果，如内力、位移等。而时程分析法是时间的函数，它给出的是结构在整个地震过程中每个时刻的动力反应，可以准确反映结构达到最大反应的时间。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文背景

1．2 建筑仿生结构的意义及发展

1．2．1 仿生结构的意义

1．2．2 仿生结构的发展

1．3 树状结构的发展及特点

1．3．1 树状结构的发展与应用

1．3．2 树状结构的形式及特点

1．4 有限元基本理论及结构概况

1．5 本文主要内容

1．5．1 工程概况及结构概况

1．5．2 本文的研究内容

第二章 树状结构的静力性能分析

2．1 荷载作用情况

2．2 工况组合及树状柱布置图

2．2．1 工况组合

2．2．2 有限元模型的建立

2．2．3 树状柱布置图

2．3 树状柱的内力

2．3．1 树状柱的轴力F

2．3．2 树状柱的弯矩M

2．3．3 树状柱的剪力V

2．4 树状柱的顶位移

2．5 本章小结

第三章 树状结构的动力分析理论

3．1 引言

3．2 动力分析方法介绍

3．2．1 反应谱法

3．2．2 时程分析法

3．3 树状结构的自振特性

3．4 地震波的选用和调整

第四章 树状结构的结构模态与反应谱分析

4．1 模态分析

4．1．1 基本理论

4．1．2 结构振型及分析结果

4．2 结构的地震反应谱分析

4．2．1 结构在水平X方向地震下的顶位移

4．2．2 结构在水平Y方向地震下的顶位移

4．2．3 结构在竖向地震作用下的顶位移

4．3 本章小结

第五章 结构的时程分析

5．1 地震波的输入

5．2 时程分析结果

5．2．1 结构在水平X向地震作用下的响应

5．2．2 结构在水平Y向地震作用下的响应

5．2．3 结构在竖向地震作用下的响应

5．3 时程分析法与反应谱法结果的比较

5．3．1 水平X向地震作用

5．3．2 水平Y向地震作用

5．3．3 竖向地震作用

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要内容及结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文