天津商业大学体育馆屋盖拱支单层网壳结构力学性能研究

摘要

拱支单层网壳结构是由拱结构和单层网壳结构优化组合而来的复合结构体系，其中拱结构的平面内刚度大、稳定性好，能改善单层网壳的整体稳定性能;同时，单层网壳可以作为拱的侧向约束，提高其平面外稳定承载力。天津商业大学新建体育馆屋盖采用环桁架拱支单层网壳结构体系，本文以此大跨度屋盖钢结构为工程背景，采用有限元分析软件ABAQUS和MIDAS Gen对拱支单层网壳结构进行研究分析。本文主要内容如下:
　　(1)结合体育馆屋盖钢结构建筑造型，进行了环桁架、拱桁架及单层网壳等的结构布置，依据相关规范考虑各种荷载效应及荷载组合，进行了环桁架拱支单层网壳结构的静、动力特性分析和非线性稳定承载力分析。
　　(2)建立带下部钢筋混凝土(RC)框架的整体结构模型，通过与上部屋盖钢结构进行对比，分析了不同荷载条件下下部RC框架结构对屋盖钢结构力学性能的影响，详细讨论了水平约束刚度对屋盖钢结构受力性能的影响，在此基础上总结过了该类型的混合结构的简化设计方法。
　　(3)建立了单网壳结构、环桁架单层网壳结构和环桁架拱支单层网壳结构三个典型结构形式的分析模型，通过性能对比分析探究了桁架部分对屋盖钢结构力学性能的影响，在此基础上分析得到桁架刚度对复合结构体系承载力性能的影响规律。结果表明:当拱桁架具有一定刚度时，结构具有网壳-拱主次构件两级传力特征。
　　(4)采用瞬时卸载法和静力法两种分析方法对屋盖钢结构进行抗连续倒塌性能分析。考虑单个支座失效和多个支座同时失效的情况，分析了结构的动力响应和静力性能。在比较这两种方法计算结果的基础上评价了结构是否会发生连续倒塌。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 网壳结构发展综述

1．2 拱支单层网壳结构体系

1．3 拱支网壳结构研究现状分析

1．4 大跨拱支结构典型工程应用介绍

1．5 研究存在的问题及本文主要工作

1．5．1 研究存在的问题

1．5．2 本文主要工作

第二章 天津商业大学新建体育馆屋盖拱支单层网壳结构设计与分析

2．1 工程概况

2．2 结构方案比选

2．3 拱支网壳结构静力性能分析

2．3．1 分析模型

2．3．2 荷载取值及荷载组合

2．3．3 杆件截面及节点设计

2．3．4 支座反力分析

2．3．5 结构变形能力分析

2．3．6 结构自振特性分析

2．4 稳定性分析

2．4．1 有限元分析模型

2．4．2 线性整体稳定性分析

2．4．3 大位移几何非线性稳定性分析

2．4．4 大位移弹塑性整体稳定性分析

2．5 荷载不对称分布对结构稳定性能的影响

2．6 本章小结

第三章 下部混凝土结构对拱支单层网壳结构力学性能影响分析

3．1 体育馆上下部结构整体分析研究现状

3．1．1 混合结构的阻尼比计算

3．1．2 支座条件的选取

3．2 整体分析模型的建立

3．2．1 阻尼比的取值

3．2．2 屋盖钢结构边界条件

3．3 整体结构静力性能分析

3．3．1 杆件内力结果

3．3．2 变形结果

3．4 整体结构自振特性分析

3．5 水平约束刚度对拱支网壳结构力学性能的影响分析

3．5．1 水平约束刚度对屋盖结构力学性能的影响

3．5．2 约束刚度对支座反力的影响

3．5．3 约束刚度对结构稳定承载力影响

3．6 本章小结

第四章 屋盖复合结构体系中桁架结构与单层网壳协同作用分析

4．1 本章研究内容

4．2 桁架结构对屋盖钢结构力学性能影晌分析

4．2．1 分析模型介绍

4．2．2 结构承载力及变形能力对比分析

4．2．3 自振特性对比分析

4．2．4 支座反力对比分析

4．2．5 稳定承载能力对比分析

4．3 桁架刚度对拱支网壳结构力学性能影响分析

4．3．1 桁架刚度对杆件内力及结构变形的影响

4．3．2 桁架刚度对结构自振特性影响

4．3．3 桁架刚度对结构支座反力影响

4．4 拱桁架刚度对结构稳定性能的影响分析

4．4．1 拱桁架刚度对稳定承载力的影响

4．4．2 不同桁架刚度条件下结构的缺陷敏感性分析

4．5 本章小结

第五章 支座突然失效条件下拱支网壳结构抗连续倒塌性能分析

5．1 结构抗连续倒塌研究现状介绍

5．2 拱支网壳结构抗连续倒塌性能数值分析的相关问题

5．2．1 计算分析方法

5．2．2 荷载取值及荷载组合

5．2．3 钢材本构模型

5．3 单个支座突然失效结构抗连续倒塌分析

5．3．1 支座失效的动力法分析

5．3．2 支座失效的静力法分析

5．4 两个支座同时失效结构抗连续倒塌性能分析

5．4．1 支座失效的动力法分析

5．4．2 支座失效的静力法分析

5．5 四个支座同时失效结构抗连续倒塌性能分析

5．5．1 支座失效的动力法分析

5．5．2 支座失效的静力法分析

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 后续研究及展望

参考文献

发表论文和参与科研情况说明

致谢