单层柱面网格互承结构静动力特性分析

摘要

互承结构是一种古老的结构体系，最早可以确定于十一世纪就已被使用建造。体系的特点在于杆件之间相辅相成，且杆件之间不分主次关系，杆件之间的力通过节点传递形成回路，因此每根杆件在整个结构中都具有相同重要的地位。在近代结构建筑发展中，互承结构再一次的获得了关注，原因在于结构具有节点连接简单、造型层次感强烈、建造技术要求低、可循环使用等优点。然而，对于互承结构性能的认知缺乏，互承结构一直没有得到的广泛的应用与推广。在此背景下，本文以现有的构型方法为基础，模拟建模，以三向网格Ⅱ型2柱面网壳为研究对象，分别进行静力分析和动力分析，获得结构的反应，从而深入了解结构的性能，并结合结果给出互承结构的使用方案。本文的具体工作如下:
　　第1章介绍了互承结构的发展历程，重点对互承结构的起源以及发展近况做出综述，并指出本文的研究思路和核心内容。
　　第2章介绍了互承结构的几何构成，从互成结构的单元块的模型参数，到构件的类型，以及互承结构的构型方法。接着对三向网格Ⅱ型2柱面网格，采用旋转法和收缩法进行构型。两种构型方法形状相似但不一样，最大的区别在于单元块，旋转法中单元块为六边形，而收缩法的单元块为三角形。继而通过构型使用有限元软件ANSYS仿真模拟进行分析。
　　第3章对三向网格Ⅱ型2柱面互承网壳模拟进行静力分析，根据荷载规范对结构施加恒荷载、活荷载和风荷载，认识结构性能。根据计算出来的结构变形和内力特点，得到两种构型方法旋转法和收缩法在组合荷载下的响应，比较后得出旋转法形成的互承网壳具有较高刚度的结论。接着通过获得的内力选取合适的轴力和弯矩，对杆件进行承载力分析。
　　第4章针对相同的模型研究三向网格Ⅱ型2柱面互承网壳的动力特性，计算得到两种网壳前10阶频率和自振特性，通过对比结果得出旋转法生成的互承结构具有较高的基频，因此刚度较大;接着在组合荷载下对网壳进行抗震性能分析，获得结构的竖向和水平地震的反应，得出在8度抗震设防区Ⅱ类场地下结构在组合荷载下产生的内力较小，因此在计算结构强度时可不计算结构竖向和水平的地震影响。
　　第5章概述了现有互承结构连接方式:搭接法、连接件法、卡槽法和螺栓法，分析优缺点，选择合适的连接方式。而节点连接的选择根据互承结构连接的特点是以全铰接的形式连接，约束位移允许三向的转动，保证结构的稳定性，为工程应用提供参考。
　　第6章总结了全文研究的重要结论，指出本文研究内容不足及有待改进的地方。梳理了互承结构在性能上的未来发展方向，为后续深入研究奠定基础。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 互承结构的起源

1．3 互承结构的研究现状

1．4 本文研究内容和框架

2．1 引言

2．2 互承构型

2．2．1 单元块的描述参数

2．2．2 构件类型

2．2．3 初始网格形式

2．3 直接构型方法

2．3．1 旋转法

2．3．2 扩展平移法

2．3．3 收缩法

2．3．4 网格型式可行性判断

2．4 本章小结

第三章 三向网格Ⅱ型2柱面互承网壳静力特性分析

3．1 引言

3．2 计算模型

3．3 荷载取值

3．4 静力分析结果

3．4．1 旋转法所得互承结构

3．4．2 收缩法所得互承结构

3．4．3 对比

3．5 截面承载力验算

3．5．1 旋转法互承网壳强度验算

3．5．2 收缩法互承网壳强度验算

3．6 本章小结

第四章 三向网格Ⅱ型2柱面互承网壳动力特性分析

4．1 引言

4．2 模态分析

4．2．1 模态分析求解原理

4．2．2 旋转法所得互承网壳模态分析

4．2．2 收缩法所得互承网壳模态分析

4．2．3 对比

4．3 地震反应谱分析

4．3．1 旋转法互承网壳水平地震

4．3．2 旋转法互承网壳竖向地震

4．3．3 收缩法互承网壳水平地震

4．3．4 收缩法互承网壳竖向地震

4．4 本章小结

5．1 引言

5．2 搭接法

5．2．1 传统搭接方式

5．2．2 楔子搭接方式

5．2．3 搭接法优缺点

5．3 连接件法

5．3．1 缠绕式

5．3．2 旋转扣件

5．3．3 连接件法优缺点

5．4 螺栓法

5．4．1 螺栓法的优缺点

5．5 卡槽法

5．5．1 卡槽法优缺点

5．6 本章小结

6．1 主要结论

6．2 后续工作的建议

参考文献

作者简历