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大跨度空间吊拉结构的性能研究

作　者: 朱鹏
导　师: 高兑现
学　校: 西安理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 大跨度斜拉索结构 索桁架结构体系 静力分析 时程分析法
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 65次
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内容摘要


随着2008年北京奥运会的举办以及文化、体育、工业生产等事业的不断发展,大跨空间钢结构在全国范围内得到普及。高强度合金材料与高新技术的广泛应用,结构的重量越来越轻,跨度越来越大,人们增强了对大跨度高性能空间结构的需求,从而促进了大跨度空间结构在我国的迅猛发展。斜拉索吊拉结构是悬索杂交结构家族的新成员。斜拉索协作体系,最早可以追溯到在桥梁结构中应用的缆索承重桥梁,而其在房屋结构中的应用在二十世纪中期才开始。它具有合理的受力性能、良好的经济效益和优美的建筑造型,丰富了大空间结构体系,是高新建筑技术的标志。本文结合上海某汽车展厅的工程案例,主要围绕以下四个方面进行了研究和分析(1)通过对工程结构体系的几何构成和结构形态的研究,分析探讨了斜拉索吊拉结构体系的概念设计。(2)以有限元理论为基础,通过吊拉结构体系的非线性特征,利用有限元软件对结构在5种单工况和5种不利工况组合下的内力支座反力及变形进行了计算并对分析结果进行比较,给出了斜拉索吊拉结构的受力变形规律(3)建立两种有限元计算模型,计算出前10阶频率和振型,并对结果进行比较,探讨悬索对上部结构的动力影响。(4)在理论和设计规范的基础上,对斜拉索吊拉体系进行的结构地震响应影响分析,并分析悬索布置和预张力对优化结果的影响。本文采用的分析途径是建立在理论分析和实际工程紧密结合的基础之上使得分析的结果更加吻合实际的工作状态。本文所得的结论有一定的工程应用价值,有限元软件仿真结果表明本课题采用的分析计算过程是有效的,同时为进一步研究索桁架结构体系打下了基础。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 概述  8-9
  1.2 结构概念和特点  9-10
    1.2.1 大跨度结构的发展  9
    1.2.2 大跨度结构的主要形式  9-10
  1.3 悬索杂交结构  10-13
    1.3.1 悬索杂交结构的分类  10-11
    1.3.2 研究现状  11-12
    1.3.3 斜拉式混合结构特点  12-13
  1.4 本文的研究方法、内容、目的和意义  13-14
2 斜拉索混合结构的分析方法  14-23
  2.1 基本原理  14
  2.2 平面杆件系统的有限元分析  14-17
    2.2.1 梁的基本公式  15
    2.2.2 单元位移模式及形函数  15-17
  2.3 数值方法的收敛性  17-18
  2.4 预应力拉索  18-20
    2.4.1 预应力拉索规格  19
    2.4.2 预应力拉索特性  19-20
  2.5 有限元软件介绍  20
  2.6 本文工程背景  20-22
    2.6.1 工程简介  20-21
    2.6.2 结构概况  21-22
  2.7 问题的提出  22-23
3. 结构体系的静力分析计算  23-42
  3.1 有限元法分析步骤  23-24
  3.2 有限元方程  24
  3.3 静力计算  24-29
    3.3.1 结构荷载作用  24-25
    3.3.2 结果分析  25-29
  3.4 雪荷载作用分析  29-35
    3.4.1 结构全跨雪荷载作用分析  29-31
    3.4.2 结构半跨雪荷载作用分析  31-34
    3.4.3 荷载增加结构的内力和位移  34-35
  3.5 风荷载的特性分析  35-40
    3.5.1 概述  35
    3.5.2 风速  35-36
    3.5.3 平均风速  36-38
    3.5.4 结果分析  38-40
  3.6 小结  40-42
4 结构体系动力特性分析  42-54
  4.1 有限元方程  42-43
  4.2 模态分析求解方法  43-44
  4.3 有限元模型及模态分析结果  44-53
  4.4 小结  53-54
5 结构的竖向抗震性能分析  54-68
  5.1 抗震设计方法的发展概况  54
  5.2 结构地震反应计算方法  54-56
    5.2.1 振型分解反应谱法  54-56
    5.2.2 时程分析法  56
  5.3 建筑抗震设计规范关于竖向地震作用的规定  56-57
  5.4 阻尼  57-58
    5.4.1 正交阻尼  57-58
    5.4.2 非正交阻尼  58
  5.5 地震荷载下的结构时程分析  58-59
    5.5.1 地震波的输入  58-59
    5.5.2 地震波选取  59
  5.6 参数对结构的地震响应影响分析  59-66
    5.6.1 索预应力的影响  59-61
    5.6.2 预应力索布置的影响  61-65
    5.6.3 矢跨比的影响  65-66
  5.7 小结  66-68
6 结论与展望  68-69
  6.1 本文的成果及主要结论  68
  6.2 存在问题及展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 其他结构
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