双层弦张弦梁结构的动力特性及动力响应研究

摘要

张弦梁结构是通过撑杆连接上弦抗弯受压构件和下弦高强度拉索而形成的大跨度结构。由于该结构自重相对较轻、体系的刚度及形状稳定性相对较大以及建筑外形轻盈，近年来成功地应用于许多大跨度空间结构中，也使其成为当前空间结构领域研究的热点之一。 但是张弦梁结构垂度过大，影响了它的使用功能。本文提出了双层弦张弦梁结构——对张弦梁结构布置两层索，以改进张弦梁结构垂度过大的缺点。针对目前张弦梁结构在动力方面研究的不足，本文主要对双层弦张弦梁结构的动力性能进行研究，内容如下： 根据动力学有限元法的基本思想，介绍了离散结构的运动方程。基于张弦梁结构非线性分析的基本理论，建立了普通张弦梁结构和双层弦张弦梁结构的计算模型。 分别采用子空间迭代法和改进的里兹向量法计算了普通张弦梁结构和双层弦张弦梁结构的动力特性，比较两种结构的动力特性，得出了双层弦张弦梁结构的整体刚度较大的结论。通过计算结果比较了两种计算方法的效率，选用改进的里兹向量法对双层弦张弦梁结构的动力特性进行详细的参数分析，得出了各个参数对动力特性的影响规律，为工程设计提供参考。 研究了普通张弦梁结构和双层弦张弦梁结构EL-Centro波和Taft波一致激励下的地震响应，对两种结构的动力响应进行了对比分析，得出了双层弦张弦梁结构在动力响应方面的优缺点。对双层弦张弦梁结构的各个参数变化时结构的动力响应进行了研究，得出了各个参数对动力响应的影响规律。 分析了双层弦张弦梁结构在考虑行波效应时的地震响应，与一致激励下的地震响应做了对比分析，发现行波效应的影响较大不可忽视。讨论了在视波速变化下的结构响应，行波效应的影响随着视波速的增大而变小。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2张弦梁结构的定义与特点

1.3张弦梁结构的分类

1.3.1单榀张弦梁结构的基本类型

1.3.2空间张弦梁结构

1.4张弦梁结构的工程应用和研究现状

1.4.1国内外成功工程简介

1.4.2张弦梁结构的研究现状

1.5本文的主要工作

第2章张弦梁结构非线性动力分析理论及计算模型

2.1动力学问题的有限元法

2.1.1单元位移、速度、和加速度函数

2.1.2单元刚度矩阵

2.1.3单元等效节点荷载

2.1.4离散结构的运动方程

2.2张弦梁结构非线性分析理论

2.2.1结构非线性分析

2.2.2杆单元非线性分析

2.2.3索单元非线性分析

2.3张弦梁结构的计算模型

2.4本章小结

第3章双层弦张弦梁结构动力特性分析

3.1结构动力特性的分析方法

3.2普通张弦梁结构与双层弦张弦梁结构的动力特性分析

3.3双层弦张弦梁结构动力特性参数分析

3.3.1跨度的影响

3.3.2矢高的影响

3.3.3上弦索垂度的影响

3.3.4下弦索垂度的影响

3.3.5撑杆数目的影响

3.3.6预应力的影响

3.4本章小结

第4章双层弦张弦梁结构一致输入地震响应分析

4.1地震响应时程分析理论

4.2瑞利阻尼矩阵和地震波的选取

4.2.1瑞利阻尼矩阵

4.2.2地震波的选取

4.3双层弦张弦梁结构与普通张弦梁结构的动力响应对比分析

4.3.1水平地震作用下的结构反应

4.3.2竖向地震作用下的结构反应

4.3.3双向地震作用下的结构反应

4.4双层弦张弦梁结构动力响应参数分析

4.4.1矢高的影响

4.4.2撑杆数目的影响

4.4.3上弦索垂度的影响

4.4.4下弦索垂度的影响

4.4.5预应力的影响

4.5本章小结

第5章行波效应对双层弦张弦梁地震响应的影响

5.1结构非一致地震输入分析

5.1.1多点输入结构响应分析方法

5.1.2多点地面运动的模拟方法

5.2考虑行波效应下张弦梁地震响应分析方法

5.3双层弦张弦梁考虑行波效应的地震响应分析

5.3.1行波效应对跨中位移的影响

5.3.2行波效应对上弦杆轴力的影响

5.3.3行波效应对下弦杆轴力的影响

5.3.4行波效应对下弦索拉力的影响

5.4本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士期间所发表的学术论文

致谢