一种新型大跨度索-拱结构受力性能研究

摘要

随着社会、经济与文化的发展及工业生产、体育、文化展览事业的进步，大跨空间结构得到了广泛的应用。而实际工程数量的增多，驱使空间结构的形式多样化，其相应的理论研究和设计技术也逐步完善。拱式结构是大跨度空间结构中的重要组成部分，但纯拱结构自身存在着种种缺陷。因此，研究新式索-拱结构的受力性能特征，提出相应的改进形式及构造措施，具有重要的理论意义及实用价值。
　　 本文提出一种新式的索-拱组合结构，利用通用有限元软件SAP2000进行仿真分析。首先，进行静风作用分析，讨论其在静风作用下的结构受力机理和特点进行分析。其次，应用时程分析法，研究该种空间结构形式中斜拱与地面的倾角、结构的截面尺寸等参数对结构的动力特性、地震响应的影响。最后，讨论了该种结构形式在罕遇地震下的性能，并根据结构的主要构件的塑性损伤情况和整体变形情况，指出结构的薄弱环节。
　　 通过分析，本文得到了以下结论：(1)静风分析结果表明，该种结构其拱圈与地面倾角最佳值为45°左右。(2)模态分析结果表明，当拱圈与地面的倾角减小、或者结构的截面尺寸加大，都将增大其短轴方向的刚度。(3)多遇地震反应谱分析表明，当结构拱圈与地面的倾角变小时，结构的内力与位移响应减小。(4)对比静风反应与多遇地震反应结果，发现风荷载对结构起控制作用。(5)在罕遇地震作用下，结构的拱圈交汇处会形成塑性铰，首先发生破坏。结构的拱圈交汇处是结构的薄弱处，故而需要加强。通过本文的研究，对该种大跨索-拱结构的受力特性有了更进一步的认识，为将来的工程设计提供一定的参考依据。