平面张弦梁结构在地震作用下的动力稳定性分析

摘要

张弦梁结构是一种新型的空间结构形式，结构由刚度较大的抗弯构件和高强度的索以及连接两者的撑杆组成，通过对柔性构件施加拉力，使相互连接的构件成为具有整体刚度的结构。虽然这种大跨张弦梁结构已经应用于诸多实际工程中，但是关于其理论和试验的系统研究尚在初步阶段，关于其动力稳定问题还存在一定程度的空白。所以从国内外空间结构动力稳定的相关文献看，张弦梁结构的动力稳定性研究是空间结构领域里最前沿的课题之一。 本文在总结张弦梁结构的分类和特点的基础上，回顾了张弦梁结构的国内外发展过程和发展前景，阐述了张弦梁结构的研究现状和发展趋势，提出了该结构的研究目的、意义和研究方向。针对张弦梁结构的特点，依据结构动力稳定的基本概念、研究现状和已有的判断准则及其适用范围和局限性，提出了适用于张弦梁结构动力稳定的建议性方法。依据虚功原理和增量理论，研究了与几何非线性和材料非线性相关的有限元基本理论，并将其引入张弦梁的非线性力学分析中，建立该结构的非线性有限元分析理论和计算方法。 本文分析了广州国际会议展览中心的张弦立体桁架结构的动力稳定性，由于张弦梁结构高度的非线性地震响应，研究中充分利用非线性有限元分析采用时程分析方法。通过对其静力分析、自振特性分析，以及动力响应分析，进而动力稳定性的研究，给出了该张弦梁结构在地震作用下的反应规律。并且，借助ANSYS实现了考虑几何非线性和材料非线性的张弦梁结构在三向地震作用下的动力性能分析，揭示了张弦梁钢屋盖的动力失稳特点，并找出了动力失稳的临界荷载。 随后本文分析了张弦梁结构模型在El-Centro地震波作用下的动力稳定性，通过对基本模型的弹塑性动力稳定性研究，描述了结构动力失稳的全过程，并且得到了动力稳定临界荷载。进而，探讨了不同参数对该类张弦梁结构动力稳定的影响，其中包括撑杆数目、高跨比、垂跨比、索预应力和端部约束条件，以及跨度等影响因素。最后把结果同静力稳定作了比较，对在工程设计中采取合理结构形式提供了参考。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.1.1张弦梁结构的概念

1.1.2张弦梁结构的分类

1.1.3张弦梁结构的特点

1.2张弦梁结构的发展

1.2.1张弦梁结构在国外的发展

1.2.2张弦梁结构在国内的发展

1.3张弦梁结构的研究现状

1.4论文研究的目的和意义

1.5现存问题及本文主要工作

1.5.1现存问题

1.5.2本文主要工作

第二章张弦梁结构动力稳定性理论

2.1钢结构失稳分类

2.2结构动力稳定性

2.2.1运动稳定性概述

2.2.2结构稳定性、分岔和混沌

2.2.3结构动力失稳机理

2.2.4目前结构动力稳定判断准则及其局限性

2.3张弦梁结构的动力稳定性适用判别方法

第三章张弦梁结构的有限单元理论

3.1张弦梁结构的有限元分析基本理论

3.1.1杆单元

3.1.2索单元

3.1.3梁单元

3.2非线性有限元理论

3.2.1几何非线性的有限元基本理论

3.2.2材料非线性的有限元基本理论

3.3动力有限元方程

3.4 ANSYS应用

3.4.1单元

3.4.2材料

3.4.3非线性

第四章广州国际会议展览中心张弦立体桁架结构性能研究

4.1结构基本参数

4.2结构计算模型的建立

4.3静力分析

4.4张弦梁结构自振特性

4.5张弦梁结构的地震反应分析

4.5.1地震波的选用

4.5.2阻尼比的选取及Rayleigh阻尼系数

4.5.3 E1-Centro地震波下张弦梁结构的相对位移时程反应分析

4.6张弦梁结构的弹塑性动力失稳

第五章张弦梁结构的动力稳定性能研究

5.1张弦梁结构基本参数及基本计算模型

5.2张弦梁结构基本模型的自振特性

5.3张弦梁结构的地震反应分析

5.4张弦梁结构的动力稳定性能

5.4.1基本模型的动力稳定性

5.4.2各种参数的影响

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢