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索穹顶的节点设计及动力特性分析

作　者: 袁伟斌
导　师: 黄呈伟
学　校: 昆明理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 索穹顶节点设计动力特性张弦梁结构索杆组合结构
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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引　用: 7次
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内容摘要

索穹顶结构是一种结构效率极高的全张力体系，虽然在近十年来才在工程中得以实现，但是这种全新的结构体系一经出现就以其新颖的造型、经济的造价、巧妙的构思在国内外引起了广泛的兴趣和注意。索穹顶结构因其整体结构受力合理、综合经济效益良好而特别使用于诸如大型体育馆等超大跨度的空间结构，显然这在我国具有很好的应用发展前景，更具有十分重要的实用价值。但是，目前世界上只有美国掌握了索穹顶结构的设计和施工技术，并已在工程中实现了多项索穹顶结构，而日本、法国、德国等国家也正在进行这方面的研究，国内对索穹顶的研究很少，特别是关于索穹顶节点及动力特性方面的研究几乎是空白，因此本文的工作可以说是在摸索中进行的。本文首先回顾并总结了全张力体系以及索穹顶结构的发展历史及其在工程中的应用情况，总结了全张力体系的概念、形态及其特性，探讨了索穹顶的几何、拓扑及类型，从而完成对全张力体系和索穹顶结构的概念性研究。其次，本文研究了索穹顶结构的节点设计。首先考虑钢索与节点的连接强度、节点构造要求、节点功能要求、节点力学性能。然后根据设想设计、加工模具，再进行设计强度和极限承载能力试验，最后用Ansys对其进行建模和有限元分析，从而达到研究节点的实际工作特性，包括内力分布、变形等方面，以利于实际工程中节点的使用安全。本文初步探讨了索穹顶结构的动力特性。在现有条件下完成了相应的部分实验，并用Subspace(子空间)迭代法和Lanczos(兰索斯)法在理论上对实验数据进行分析，同时与试验成果相互对照，找出不同的边界条件在有限元计算中对结构动力特性的影响，例如，侧向振动、上下振动、收缩振动及竖向扭曲振动在结构的自振频率中的主次关系。本文对两种新型的空间结构(张弦梁结构和索杆组合结构)进行介绍，并对这两种结构的动力特性用ANSYS模拟分析，随后对索穹顶结构、张弦梁结构和索杆组合结构的动力特性进行对比分析。最后，总结本文的研究工作。

全文目录

第一章绪论  52-62
  §1．1 引言  52-53
  §1．2 国内外研究现状分析与应用概述  53-60
    1．2．1 索穹顶结构的发展及工程实践  53-59
    1．2．2 索穹顶的结构优点与特点  59
    1．2．3 索穹顶的结构分析设计理论  59-60
  §1．3 本文的研究思路与工作内容  60-62
第二章节点的设计  62-103
  §2．1 概述  62-65
  §2．2 节点的设计与加工  65-101
    2．2．1 模具的加工  65-67
    2．2．2 节点的设计  67-74
    2．2．3 节点的有限元分析  74-101
  §2．3 本章小结  101-103
第三章索穹顶的动力特性技术分析  103-120
  §3．1 引言  103-104
  §3．2 有限元的基本理论  104-115
    3．2．1 五节点空间曲线单元的剖分与坐标系的建立  104-105
    3．2．2 位移函数  105-106
    3．2．3 几何关系和物理关系  106-109
    3．2．4 平衡方程  109-113
    3．2．5 行列式搜索法  113
    3．2．6 子空间迭代法  113-114
    3．2．7 兰索斯法  114-115
  §3．3 算例分析  115-119
    3．3．1 静力计算  115-117
    3．3．2 动力计算  117-119
  §3．4 本章小结  119-120
第四章两种新型空间结构形式计算初探  120-126
  §4．1 引言  120
  §4．2 索结构的计算  120-123
  §4．3 张弦梁式结构  123-126
参考文献  126-128
致谢  128

索穹顶的节点设计及动力特性分析

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