弦支筒壳结构体系静力及动力性能分析

摘要

本文提出了一种新的预应力空间结构体系——弦支筒壳结构体系，它是基于弦支梁(或弦支桁架)和柱面网壳的一种新型的复合空间结构，相比单层筒壳结构受力更为合理，具有较大的工程适用性。
　　 本文对弦支结构的特点及划分型式做了详细的介绍，并通过一个工程实例，利用大型有限元分析程序ANSYS进行建模计算，首先介绍了结构的预应力设计；然后通过比较结构的内力及位移大小，分析了结构的静力性能；通过比较结构的屈曲特征值及非线性屈曲临界荷载值，分析了结构的稳定性能；通过观察结构的频率及振型变化，分析了结构的自振特性，并用时程分析法对结构在三维地震作用下内力的变化及分布情况做了分析，归纳其抗震性能。在做各项性能分析时，考虑了预应力大小对结构的影响，并比较了这一新型结构与单层筒壳结构的异同。以上研究为工程设计提供了一定的理论依据。
　　 研究结果表明，弦支筒壳结构相比单层筒壳大大减少了水平滑移及对支座的水平推力，克服了单层筒壳结构的不足；其屈曲临界荷载值大幅度提高，整体刚度分布更加均匀，稳定性得到了极大的改善；该结构的基频比较低，频率密集，变化均匀，其前几阶频率比单层筒壳略大，因此可以看出弦支筒壳结构的刚度相比单层筒壳结构有了一定增加。该结构三维地震作用响应比单维地震作用响应大，且上弦边榀受压杆起控制作用。通过改变索内预应力大小，可以看出，预应力的改变对结构内力影响不大，但对结构位移(水平向及竖向)，即对结构刚度影响较大。因此，设计时索内预张力的大小满足结构的反拱要求即可。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1大跨空间结构的发展及分类

1.1.2杂交空间结构概述

1.1.3弦支结构体系

1.1.4弦支筒壳结构的提出

1.2研究目的及意义

1.3本文的研究内容

第二章 弦支筒壳结构的概述及有限单元理论

2.1弦支筒壳结构的概述

2.1.1弦支筒壳结构的概念及特点

2.1.2弦支筒壳结构的构成

2.1.3弦支筒壳结构的划分型式

2.2弦支筒壳结构的ANSYS应用

2.2.1单元

2.2.2 ANSYS非线性实现

第三章 弦支筒壳结构的静力性能研究

3.1弦支筒壳的预应力设计及成形

3.1.1预应力设计

3.1.2弦支筒壳结构的成形

3.2预应力设计算例

3.2.1工程概况

3.2.2有限元计算模型

3.2.3计算结果分析

3.3预应力变化对弦支筒壳静力性能的影响

3.4弦支筒壳与普通筒壳的静力性能比较

3.5本章小结

第四章 弦支筒壳结构的稳定性能研究

4.1稳定性能研究理论

4.1.1稳定屈曲分析方法

4.1.2结构的线性屈曲分析

4.1.3结构的非线性屈曲分析

4.2弦支结构非线性屈曲分析算例

4.3初始缺陷对弦支筒壳结构稳定性能的影响

4.3.1有初始缺陷结构的稳定性分析方法

4.3.2初始缺陷对结构稳定性影响算例分析

4.4预应力变化对弦支筒壳稳定性能的影响

4.5弦支筒壳与普通筒壳的稳定性能比较

4.6本章小结

第五章 弦支筒壳结构的动力性能及抗震分析

5.1动力特性分析

5.1.1动力平衡方程

5.1.2自由振动分析方法

5.1.3弦支筒壳结构的自振特性分析算例

5.1.4预应力对弦支筒壳结构基频的影响

5.1.5弦支筒壳结构与普通筒壳结构的的自振特性比较

5.2地震反应分析

5.2.1地震反应分析方法

5.2.2时程分析方法基本理论

5.2.3弦支筒壳结构的时程分析算例

5.2.4预应力对弦支筒壳结构时程分析的影响

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢