2008奥运羽毛球馆新型弦支穹顶结构抗震性能分析

摘要

弦支穹顶作为一种刚、柔结合的新型杂交空间结构形式,兼具单层网壳和索穹顶的优点,近些年来逐渐受到人们的青睐。由于发展时间比较短,对其抗震性能的研究还相对较少,同时研究也不够深入；目前研究所采用的模型均为中小跨度结构,未超出单层网壳的适用范围,难以体现出本结构的优势。以2008年奥运会为契机,北京工业大学正在建设目前世界最大的新型弦支穹顶结构-08奥运羽毛球馆(跨度93m)。该工程理论研究和体系创新要求高,施工难度大,结构中存在大量钢索与拉杆等预应力构件,这些预应力构件对整个结构安全性极其重要,它们的破坏往往会造成结构的整体破坏。但是关于该类构件在强震下的受力状态研究还没有引起足够重视,极有必要对结构中预应力构件的抗震性能做深入全面的研究。本文重点将理论和技术创新与奥运重大工程建设需要相结合,以奥运羽毛球馆弦支穹顶结构为研究对象,对其进行模态参数分析,上下部结构共同工作分析,反应谱地震分析,考虑局部场地效应的多点输入时程分析,罕遇地震作用下多维输入弹塑性大震分析等,具体研究内容包括： 进行了详细的动力特性分析,得出该类结构模态振型规律；改变结构布索圈数、撑杆长度、预应力度、边界条件等参数,研究各种参数的改变对整体结构动力特性的影响程度。 建立结构上部网壳局部计算模型和网壳与支承体系共同工作整体计算模型,分析网壳与支承体系静、动力相互作用,研究支承刚度的变化对屋盖钢结构受力的影响程度,并对实际工程计算时有限元模型的合理选取提出建议。 对结构进行常遇地震作用下多维地震反应谱分析和时程地震分析,得出结构各部分构件地震作用时的受力特点；对比水平地震输入和竖直地震输入结构动力响应结果,得出两种方向输入对结构动力响应的影响程度；对反应谱方法和时程方法地震分析结果进行对比,得出两种方法地震分析结果的差异程度,对抗震分析方法合理选用提出建议。 本算例屋盖结构跨度近百米,对于如此大跨度的网壳结构,地震时地面运动空间变化对结构的地震响应的影响不可忽略。鉴于此,对结构进行考虑局部场地效应的多点输入地震时程分析,并与一致输入情况对比,研究考虑多点输入对大跨度钢屋盖结构地震响应的影响程度。 同时考虑几何非线性和材料非线性,对结构进行罕遇地震作用下多维输入时程分析,研究结构各部分构件在强震作用下的受力状态,并对结构中预应力构件在大震下的安全性能作出评估。 本文对奥运羽毛球馆进行了详细的抗震性能分析,揭示了该类结构的地震响应规律,取得了相应结论,研究成果直接应用于2008奥运羽毛球馆新型弦支穹顶结构工程建设。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题依据

1.2弦支穹顶结构的研究现状及工程应用

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3目前研究存在的问题和不足

1.4本文主要工作

第2章结构计算理论与计算模型

2.1结构有限元计算理论

2.1.1体系动力自由度与数学模型

2.1.2动力基本方程的建立

2.1.3结构动力矩阵

2.2结构有限元计算模型

2.2.1工程概况

2.2.2荷载与作用

2.3本章小结

第3章弦支穹顶结构动力特性分析

3.1模态分析理论

3.1.1模态分析方法

3.1.2子空间迭代法

3.2弦支穹顶结构的动力特性分析

3.2.1自振特性分析

3.2.2结论

3.3结构参数改变影响分析

3.3.1下部索网结构存在的影响

3.3.2预应力度的影响

3.3.3 布索层数的影响

3.3.4撑杆长度改变的影响

3.3.5边界条件改变的影响

3.3.6外荷载的影响

3.4本章小结

第4章屋盖钢结构与下部支承体系共同工作分析

4.1计算理论

4.1.1阻尼理论

4.1.2组合结构地震响应计算方法

4.2本章计算模型

4.3不同支承条件静内力比较

4.3.1支座反力比较

4.3.2网壳杆件静内力比较

4.3.3下部索杆结构静内力比较

4.4网壳与下部支承体系动力相互作用

4.4.1动力特性比较

4.4.2地震响应比较

4.5本章小结

第5章弦支穹顶结构地震响应分析

5.1本章计算模型

5.2弦支穹顶结构-致输入地震响应分析

5.2.1反应谱地震分析

5.2.2时程地震分析

5.2.3时程与反应谱地震分析比较

5.2.4结论

5.3弦支穹顶结构多点输入地震响应分析

5.3.1多点地震时程输入理论

5.3.2多点时程地震分析

5.3.3结论

5.4弦支穹顶结构罕遇地震分析

5.4.1弹塑性地震分析理论

5.4.2结构罕遇地震弹塑性地震分析

5.4.3结论

5.5本章小结

结论与展望

一、结论

二、展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢