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长悬臂结构的减震控制研究

作　者: 薛晓峰
导　师: 李慧
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 悬臂结构张弦梁立体桁架地震响应时程分析粘弹性阻尼器减震控制
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

张弦梁结构是近十余年发展起来一种大跨度预应力空间结构体系,通过张拉下弦高强度拉索使得撑杆产生向上的分力,导致上弦构件产生与外荷载作用下相反的内力和变位,从而降低上弦构件的内力,减小结构的变形。目前在这些方面已有了一定的研究,主要集中在两端简支或体型过于复杂的大跨结构等方面。而将受力合理、力流直接的张弦梁原理运用于长悬臂结构研究相对较少。传统的长悬臂结构和网架结构悬臂端部竖向位移和根部弯矩比较大,而如何能更有效地减小长悬臂结构端部竖向位移和根部弯矩,一直是工程界十分关心的问题。鉴于此本文将张弦梁原理运用到悬臂结构,进而构造出一种新型的体育场挑篷结构。考虑不同的预张力大小,不同撑杆高度和布置不同数目的撑杆,对悬臂张弦立体桁架结构进行了力学性能分析、自振特性分析和地震响应时程分析。结果表明该结构外形简洁、流畅、易于施工;结构根部为铰接,充分利用了拉索和立体桁架受力特点,使结构受力更加合理,避免下部柱子承受巨大弯矩;结构构件主要承受轴力,弯矩很小,可以充分发挥材料的强度;并且可以有效地减小悬臂结构端部竖向位移和根部弯矩。地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。地震具有突发性的特点,至今可预报性仍然很低。强烈地震常造成人身和财产的巨大损失。大跨度空间结构多数属于柔性体系,阻尼比较低。因此,在动力荷载(如风和地震)作用下,会发生比较大的振动,影响到结构的正常使用及安全。而我国是多地震国家,全国大部分大中城市处于地震区,因此有关大跨空间结构的抗震及减振问题更显突出。随着结构振动控制在多、高层房屋及高耸建筑中的成功应用,在大跨空间结构的振动控制方面,国内外学者已开始注意到了振动控制的发展潜力并进行了相应的研究工作,但目前尚处于起步阶段及多未形成系统理论。本文将粘弹性阻尼器应用于悬臂张弦立体桁架结构中,讨论施加粘弹性阻尼器在大跨挑篷结构中的减振性能。对比分析结构在无控状态下,有控状态下的地震反应。结果表明对结构施加阻尼器可以有效地减小结构的地震响应。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-25
  1.1 工程结构抗震技术的演变和发展  11-13
    1.1.1 地震的危害  11
    1.1.2 传统的抗震方法  11-12
    1.1.3 积极抗震方法——结构振动控制  12-13
  1.2 课题意义及国内外研究现状综述  13-23
    1.2.1 课题意义  13-14
    1.2.2 国内外研究现状综述  14-23
  1.3 本文的主要工作有以下几个方面  23-25
第2章悬臂张弦立体桁架结构的力学性能  25-39
  2.1 引言  25
  2.2 有限元基本理论  25-28
    2.2.1 有限元基本思想  25-26
    2.2.2 有限元分析基本步骤  26-28
  2.3 ANSYS软件相关知识  28-31
  2.4 基本假设  31-32
  2.5 索单元  32-33
  2.6 悬臂张弦立体桁架结构  33-34
  2.7 悬臂张弦立体桁架结构静力特性分析  34-37
    2.7.1 结构撑杆高度的影响  35
    2.7.2 索预拉力的影响  35-36
    2.7.3 结构撑杆数目的影响  36-37
  2.8 本章小结  37-39
第3章悬臂张弦立体桁架结构的自振特性分析  39-48
  3.1 概述  39
  3.2 基本理论  39-40
  3.3 结构自振特性分析  40-44
  3.4 参数分析  44-47
    3.4.1 预张力度的影响  44-45
    3.4.2 结构撑杆高度的影响  45-46
    3.4.3 撑杆数目的影响  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章悬臂张弦立体桁架结构的抗震性能分析  48-65
  4.1 概述  48-49
  4.2 地震响应分析方法  49-52
    4.2.1 静力法  49
    4.2.2 反应谱方法  49-50
    4.2.3 时程分析法  50
    4.2.4 软件ANSYS在大跨度结构抗震中的应用  50-51
    4.2.5 计算方程  51-52
  4.3 大跨度结构地震波输入方法  52-54
    4.3.1 地震波的输入  52
    4.3.2 地震波的选择  52-54
  4.4 计算模型  54-63
    4.4.1 不同维数地震波输入对结构的地震响应影响  54-56
    4.4.2 不同地震波输入对结构的地震响应影响  56-58
    4.4.3 参数对结构的地震响应影响分析  58-62
    4.4.4 悬臂张弦立体桁架结构与其它悬臂结构的地震响应比较  62-63
  4.5 本章小节  63-65
第5章粘弹性阻尼器在悬臂张弦立体桁架结构中的减震控制研究  65-86
  5.1 概述  65
  5.2 粘弹性阻尼器  65-69
    5.2.1 粘弹性阻尼器的构造与性能  65-66
    5.2.2 粘弹性阻尼器的受力性能  66-69
    5.2.3 粘弹性阻尼器的计算模型  69
  5.3 控制原理及方法  69-70
  5.4 悬臂张弦立体桁架结构减震控制  70-84
    5.4.1 计算模型和地震反应工况  70-71
    5.4.2 布置方案的选择  71-72
    5.4.3 施加阻尼器后对结构自振特性的影响  72
    5.4.4 各种工况时结构的节点位移控制分析  72-75
    5.4.5 各种工况时结构的节点加速度控制分析  75-79
    5.4.6 各种工况时结构的主要杆件内力控制分析  79-84
  5.5 本章小节  84-86
第6章结论与展望  86-89
  6.1 结论  86-87
  6.2 展望  87-89
参考文献  89-93
致谢  93-94
附录:攻读学位期间所发表的学术论文及参与的课题  94

长悬臂结构的减震控制研究

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