大跨度张弦桁架结构弹塑性地震响应分析

摘要

大跨度张弦桁架结构是最近几年发展起来的一种新型的大跨度预应力钢结构，广泛应用于大型的会展中心、展览馆以及其它重要的公共建筑中，己显露出良好的应用前景。这些公共建筑在地震作用下的抗震性能关乎生命财产的安全，依据大型建筑结构的灾害性研究的发展趋势，本论文选取单榀张弦桁架作为研究对象，重点研究其在地震作用下的弹塑性动力响应发展趋势。 在相关研究的基础上，本文利用有限元程序ANSYS，对单榀张弦桁架结构进行分析。在不同地震作用下，对结构的变形与受力性能、结构的各塑性发展指标进行了分析，并分析不同参数变化对结构的强震动力响应的影响，主要完成的内容有以下几方面: 1.在考虑几何大变形效应因素下，对单榀张弦桁架结构在多遇地震和罕遇地震下的受力性能进行了分析，对节点位移、结构杆件内力和索段应力等响应指标进行分析，并以设计强度为控制指标进行要求，得出该结构在多遇地震下处于弹性工作阶段；在罕遇地震下结构局部杆件进入弹塑性工作阶段，整体结构处于弹塑性工作阶段。 2.在考虑几何和材料的双非线性效应因素下，对结构在强震下的弹塑性动力响应进行了分析，主要针对各塑性响应指标进行了分析。分析结果表明，该结构桁架部分的局部杆件进入塑性现象发生较快、塑性发展程度很大，结构相对变形能力和耗震能力消耗大，直致整体结构不满足抗震使用功能的要求，进而确定出了结构的强震控制荷载范围，并得出撑杆和下弦钢索的抗震能力比桁架杆件高的结论。 3.分别在几何非线性和双非线性条件下的地震响应分析表明，结构的支座反力响应变化较大，尤其是水平方向的反力响应变化最大，对支座和下部支承结构的设计要求高。 4.在某一强震下，对结构进行了一些动力响应参数分析，得出了结构在地震波不同输入方向、不同地震波、支座约束变化、索预应力大小变化、等参数变化时的地震响应变化发展趋势，对本文特定的单榀张弦桁架结构在强震下的动力响应有了进一步的认识。 本文通过对特定的单榀张弦桁架结构的弹塑性地震动力响应进行的数值模拟分析，得出了各种动力响应指标的发展规律、不同参数对结构动力响应的影响规律，取得了相应结论，并对需要进一步深入的研究工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2预应力钢结构的特点

1.3张弦桁架结构的介绍

1.3.1张弦桁架结构概念

1.3.2张弦桁架结构特点

1.4张弦桁架结构的实践与发展

1.4.1张弦桁架结构的工程实践

1.4.2张弦桁架结构的国内外研究动态

1.5本课题的主要内容

第二章结构动力分析理论与结构分析模型

2.1结构动力分析基本理论

2.1.1 Wilson-θ法

2.1.2 Newmark法

2.1.3中心差分法

2.1.4本文采用的方法

2.2张弦桁架结构非线性分析

2.2.1空间梁，杆单元几何非线性

2.2.2索单元的基本理论

2.2.3材料非线性分析

2.3结构形态介绍与索预应力确定

2.3.1结构形态定义

2.3.2索预应力确定

2.4单榀张弦桁架结构分析模型的确定

2.4.1结构几何参数

2.4.2结构分析模型的确定

2.4.3结构自振特性分析

第三章结构在考虑几何大变形效应下的地震响应分析

3.1引言

3.2有限元分析模型

3.2.1几何模型

3.2.2有限元单元类型

3.2.3结构杆件材料

3.2.4竖向地震波输入

3.3结构在重力荷载效应下的受力与变形

3.4结构动力时程响应分析

3.4.1结构变形响应

3.4.2节点位移响应

3.4.3节点加速度响应

3.4.4下弦钢索应力响应

3.4.5桁架杆件应力响应

3.4.6撑杆内力响应

3.4.7支座约束反力响应

3.5本章分析小结

第四章张弦桁架结构在强震下的动力响应分析

4.1引言

4.2有限元分析模型

4.2.1几何模型

4.2.2有限元单元类型

4.2.3有限元材料模型

4.3竖向地震波输入

4.4强震下结构动力响应分析

4.4.1结构变形响应

4.4.2结构弹塑性发展过程分析

4.4.3基于抗震性能的控制荷载分析

4.4.4结构特征响应指标分析

4.5本章分析小结

第五章张弦桁架结构在强震下动力响应的参数分析

5.1引言

5.2工况1-不同地震波方向

5.2.1节点位移和加速度响应

5.2.2索应力分布和时程响应

5.3工况2-不同地震波的影响

5.3.1节点位移响应

5.3.2桁架杆件和索应力响应

5.4工况3—支座约束变化的影响

5.4.1节点位移和加速度响应

5.4.2桁架杆件和索应力响应

5.4.3支座反力响应

5.5工况4-索预应力大小的影响

5.5.1预应力减小情况

5.5.2预应力增大情况

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1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