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索穹顶结构的静动力性能研究

作　者: 张晓燕
导　师: 郭彦林
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 索穹顶结构静力性能参数分析动力性能弹性屈曲荷载
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 302次
引　用: 6次
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内容摘要

索穹顶是由美国工程师Geiger提出的一种实用的大跨度空间柔性结构体系,其构思巧妙、受力合理、造型新颖、造价经济,是至今为止最接近于Fuller所定义的张拉整体体系的结构型式。本文在查阅大量国内外文献的基础上,描述了索穹顶结构的发展历史、结构特点及其工作机理,并针对目前国内研究现状提出了本文的研究内容。对于索穹顶结构型式的研究,本文首先阐述了索穹顶结构的基本构造及各种构件在结构中所发挥的作用;然后对索穹顶的结构型式分别按结构平面形状、屋面几何形状、脊索布置型式、开洞与否进行分类。本文主要针对圆形平面、球壳形屋面的索穹顶结构进行静、动力性能研究。索穹顶结构的静力性能研究包括两部分内容。一是结构的加载历程分析,研究索穹顶的荷载-位移曲线及其各构件应力随加载的变化规律;二是参数分析,研究索穹顶结构的整体刚度和失效荷载随各种参数的变化,这些参数包括:初始预应力、撑杆高度、结构跨度、结构矢跨比、脊索布置型式、斜索布置型式。最后,对肋环型和联方型索穹顶在全垮和半跨均布点荷载作用下的结构静力性能进行了分析和比较。对于索穹顶结构的动力性能,本文首先对肋环型和联方型索穹顶结构的自振频率和自振振型的特点进行研究;进而对联方型索穹顶结构进行参数分析,研究其自振频率和自振振型随各种参数变化的规律,这些参数包括初始预应力、撑杆高度和结构矢跨比。此外,本文还对索穹顶的撑杆进行了设计与研究。首先,介绍了轴心受压构件的各种型式,对其中的几种撑杆型式进行了弹性屈曲性能的分析、比较;然后,着重研究了预应力撑杆,介绍了常用的几种预应力撑杆型式并对其中的一种进行弹性屈曲性能分析,研究拉索预拉力、中心杆长细比、横隔尺寸、拉索道数对预应力撑杆弹性屈曲荷载的影响。论文最后对上述研究成果进行总结,并指出还可进一步深入的研究工作。

全文目录

第1章绪论  9-17
  1.1 索穹顶结构的发展历史  9-11
  1.2 索穹顶的结构特点及工作机理  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-16
  1.5 本文的研究方法  16-17
第2章索穹顶的结构型式  17-23
  2.1 索穹顶的结构构成  17-18
  2.2 索穹顶结构型式的分类  18-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章索穹顶结构的静力性能研究  23-50
  3.1 目标位置找形法  23-28
    3.1.1 目标位置找形法的原理  24-25
    3.1.2 目标位置找形法在索穹顶结构中的应用  25-28
  3.2 索穹顶结构的加载历程分析  28-31
    3.2.1 索穹顶结构的荷载-位移曲线  28-29
    3.2.2 加载中各构件应力的变化规律  29-30
    3.2.3 结论  30-31
  3.3 索穹顶结构静力性能的参数分析  31-48
    3.3.1 初始预应力对索穹顶结构静力性能的影响  32-33
    3.3.2 撑杆高度对索穹顶结构静力性能的影响  33-35
    3.3.3 结构跨度对索穹顶结构静力性能的影响  35-37
    3.3.4 结构矢跨比对索穹顶结构静力性能的影响  37-39
    3.3.5 脊索布置型式对索穹顶结构静力性能的影响  39-42
    3.3.6 斜索布置型式对索穹顶结构静力性能的影响  42-44
    3.3.7 肋环形与联方型索穹顶结构的静力性能比较  44-48
  3.4 本章小结  48-50
第4章索穹顶结构的动力性能研究  50-63
  4.1 索穹顶结构的模态分析  50-55
    4.1.1 联方型索穹顶结构的自振特性  51-53
    4.1.2 肋环型索穹顶结构的自振特性  53-55
  4.2 联方型索穹顶结构自振特性的参数分析  55-61
    4.2.1 初始预应力对索穹顶结构自振特性的影响  55-58
    4.2.2 撑杆高度对索穹顶结构自振特性的影响  58-60
    4.2.3 结构矢跨比对索穹顶结构自振特性的影响  60-61
  4.3 本章小结  61-63
第5章索穹顶撑杆的设计与研究  63-84
  5.1 无预应力轴心受压构件的型式  63-65
    5.1.1 无预应力实腹式轴心受压构件  63-64
    5.1.2 无预应力格构式轴心受压构件  64-65
  5.2 无预应力撑杆的弹性屈曲性能  65-76
    5.2.1 单管等截面撑杆和单管梭形撑杆的弹性屈曲性能  67-71
    5.2.2 三肢圆管等截面撑杆和三肢圆管梭形撑杆的弹性屈曲性能  71-76
  5.3 预应力撑杆的构造和型式  76
  5.4 预应力撑杆的弹性屈曲性能  76-78
  5.5 预应力撑杆弹性屈曲性能的参数分析  78-82
    5.5.1 拉索预拉力对预应力撑杆弹性屈曲荷载的影响  78-79
    5.5.2 中心杆长细比对预应力撑杆弹性屈曲荷载的影响  79-80
    5.5.3 横隔尺寸对预应力撑杆弹性屈曲荷载的影响  80-81
    5.5.4 拉索道数对预应力撑杆弹性屈曲荷载的影响  81-82
  5.6 本章小结  82-84
第6章结论和展望  84-87
  6.1 本文主要结论  84-85
  6.2 展望  85-87
参考文献  87-91
致谢、声明  91-92
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文  92

索穹顶结构的静动力性能研究

内容摘要

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