局部双层球面网壳的抗震性能分析

摘要

球面网壳结构具有大跨度、大空间的结构特点，受力合理、造型美观，近年来广泛应用于各国体育/文艺场馆和候机、候车大厅等标志性公共建筑。这些建筑人群密集、一旦发生地震导致建筑损毁，将造成极大经济损失和人员伤亡，所以对其进行抗震性能分析和研究，增强该类结构的抗震性是非常必要的。 本文对六类十种典型球面网壳角锥体系局部双层结构进行了抗震性能分析和研究: 1)应用ANSYS软件参数化设计语言APDL研制了六类十种典型球面网壳角锥体系局部双层结构参数化设计和建模宏程序;并利用Maple给出六类十种典型球面单层网壳杆长计算公式。该公式和参数化设计软件的应用对球面网壳结构标准化设计、施工和维护具有重要工程价值。 2)应用ANSYS软件，对该六类十种典型球面网壳单层结构和角锥体系局部双层结构进行了自振特性分析;采用子空间迭代法计算了376个算例，给出不同几何参数下的频率和振型，分析了该类网壳结构的自振特性;并对单层和局部双层形式进行了对比分析，得到了矢跨比、厚跨比，杆件截面、环向对称区域份数、径向节点圈数变化对自振特性的影响规律。 3)采用El-centro三维地震波，应用ANSYS对六类十种典型球面网壳单层和角锥体系局部双层结构进行了双重非线性时程响应分析，材料本构模型选用理想弹塑性材料模型，结合Newton-Raphson法和Newmark方法联合求解非线性运动方程，计算了376个算例，给出不同几何参数下网壳位移及最大位移点的位移时程曲线;并对单层和局部双层结构进行了对比分析，研究了矢跨比、厚跨比，杆件截面、环向对称区域份数、径向节点圈数对其抗震性能的影响规律，得出六类十种典型球面网壳角锥体系局部双层结构在地震作用下响应基本规律。 最后，对局部双层球面网壳结构的建模、自振性能及抗震性能进行了总结，指出了下一步研究工作中亟待解决的问题。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 网壳结构的发展与应用

1．2 网壳结构的形式与分类

1．3 网壳抗震分析方法综述

1．4 网壳结构抗震分析现状

1．5 本文主要研究内容及方法

第2章 参数化设计／建模及宏、微观几何参数关系式

2．1 设计思想与方法

2．1．1 几何描述

2．1．2 六类十种典型单层球面网壳参数化设计／建模

2．1．3 六类十种典型局部双层球面网壳参数化设计／建模

2．1．4 模型材料与单元的选择

2．2 宏、微观几何参数关系式

2．2．1 杆件尺寸公式推导思想

2．2．2 六类十种典型单层球面网壳杆件尺寸公式

2．2．3 杆件尺寸公式应用

2．3 本章小结

第3章 网壳结构自振特性研究

3．1 自振特性分析基本原理

3．2 自振特性分析

3．2．1 网壳结构频率分布与振型

3．2．2 矢跨比对基频的影响

3．2．3 厚跨比对基频的影响

3．2．4 杆件截面对自振频率的影响

3．2．5 环向对称区域份数对基频的影响

3．2．6 径向圈数对基频的影响

3．3 本章小结

第4章 非线性地震响应研究

4．1 地震响应分析原理

4．1．1 时程分析法

4．1．2 Newmark-β逐步积分法

4．1．3 地震波的选取与调整

4．1．4 阻尼的选取

4．2 非线性分析理论

4．2．1 ANSYS非线性分析方法

4．2．2 材料非线性

4．2．3 几何非线性

4．3 地震作用下网壳结构几何参数影响分析

4．3．1 矢跨比的影响

4．3．2 厚跨比的影响

4．3．3 杆件截面的影响

4．3．4 环向对称区域份数的影响

4．3．5 径向圈数的影响

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录1

后记

攻读硕士学位期间论文发表情况

攻读硕士学位期间参加科研情况