张拉柱面巨型网格结构静、动力性能研究
|
摘要
在杂交结构理论基础上讨论了一种新型结构体系,索、杆、梁混合体系即:张拉柱面巨型网格结构。通过施加预拉力,改善结构的受力性能,减小了结构对支座的水平推力、支座部位杆件的受力及截面尺寸。本文运用有限元方法,对其进行了以下几个方面的工作:
(1)在平衡矩阵理论基础上提出索、杆、梁混合体系的初始态预应力分布的确定方法:优化分析法。这个方法可以通过现有的有限元分析软件ansys分析结构整体预应力分布,不需要再自我编程求解,为结构的分析设计提供了方便。
(2)首先分析了结构荷载态的静力性能,并进行了参数分析,找出结构内力与位移随参数变化的规律,为以后此类结构设计提供参数设计的依据。然后对张拉柱面巨型网格结构在静力稳定方面与巨型网格结构相比较,分析下部设置张拉索以后是否能提高结构极限屈曲载荷。
(3)研究了张拉柱面巨型网格结构的自振频率和振型,并讨论了跨度、矢跨比、垂跨比、主网格大小、立体桁架梁高、子结构载荷、撑杆数量、索的预拉力、结构约束条件对结构动力特性影响,为进一步探讨该结构体系的抗震性能作下铺垫。
(4)用时程分析法分析张拉柱面巨型网格结构在一维和多维EL—CENTR波地震作用下的地震响应,找出结构各部分杆件的内力与关键节点位移随时间变化规律。
In the hybrid structure theory, discusses a new form of structures, cable, rod, beam system that is mixed: Tension cylindrical reticulated mega-structure. Through pre-stress, meliorates bearings, reducing the structure on the level of thrust bearings, bearing part of the bar and the section size. In this paper, using of the finite element method, researches the following aspects:
(1) A new method to determine the initial pre-stress distribution for cable-bar-beam hybrid structures is optimization analytical method. This method can be through the existing finite element analysis software analysis pre-stressed distribution for structure without self-programming solution for structural analysis provides a convenient design.
(2) Fist, Analyses the static capability of the structure under the load state, and the parameters of analysis to identify internal force structure, the changes of displacement, such as the future structure of the design parameters of the deign basis. Then compares with Tension reticulated mega-structure and reticulated mega-structure in the aspects of the static stability, and finds the lower part of cable set-effectively improve the structure of buckling load limit.
(3) The characteristics of natural vibration frequency of the tension cylindrical reticulated mega-structure are researched. A series of parameter analyses are carried out for the dynamic characteristics of this structure, including structural span, rise-span ratio, sag-span ratio, grid size, three-dimensional truss beam height, secondary structure's load size, pole numbers, pre-stress and structural constraints .All this work will provide base for the seismic analysis of this structure.
(4) With the time-history analysis studies the tension cylindrical reticulated mega-structure in the one-dimensional and multi-dimensional seismic wave ELCENTR0, the structure of the internal forces and part-key node displacement over time of the curve and analysis of the structure's dynamic response and change's of displacement.
(1)在平衡矩阵理论基础上提出索、杆、梁混合体系的初始态预应力分布的确定方法:优化分析法。这个方法可以通过现有的有限元分析软件ansys分析结构整体预应力分布,不需要再自我编程求解,为结构的分析设计提供了方便。
(2)首先分析了结构荷载态的静力性能,并进行了参数分析,找出结构内力与位移随参数变化的规律,为以后此类结构设计提供参数设计的依据。然后对张拉柱面巨型网格结构在静力稳定方面与巨型网格结构相比较,分析下部设置张拉索以后是否能提高结构极限屈曲载荷。
(3)研究了张拉柱面巨型网格结构的自振频率和振型,并讨论了跨度、矢跨比、垂跨比、主网格大小、立体桁架梁高、子结构载荷、撑杆数量、索的预拉力、结构约束条件对结构动力特性影响,为进一步探讨该结构体系的抗震性能作下铺垫。
(4)用时程分析法分析张拉柱面巨型网格结构在一维和多维EL—CENTR波地震作用下的地震响应,找出结构各部分杆件的内力与关键节点位移随时间变化规律。
In the hybrid structure theory, discusses a new form of structures, cable, rod, beam system that is mixed: Tension cylindrical reticulated mega-structure. Through pre-stress, meliorates bearings, reducing the structure on the level of thrust bearings, bearing part of the bar and the section size. In this paper, using of the finite element method, researches the following aspects:
(1) A new method to determine the initial pre-stress distribution for cable-bar-beam hybrid structures is optimization analytical method. This method can be through the existing finite element analysis software analysis pre-stressed distribution for structure without self-programming solution for structural analysis provides a convenient design.
(2) Fist, Analyses the static capability of the structure under the load state, and the parameters of analysis to identify internal force structure, the changes of displacement, such as the future structure of the design parameters of the deign basis. Then compares with Tension reticulated mega-structure and reticulated mega-structure in the aspects of the static stability, and finds the lower part of cable set-effectively improve the structure of buckling load limit.
(3) The characteristics of natural vibration frequency of the tension cylindrical reticulated mega-structure are researched. A series of parameter analyses are carried out for the dynamic characteristics of this structure, including structural span, rise-span ratio, sag-span ratio, grid size, three-dimensional truss beam height, secondary structure's load size, pole numbers, pre-stress and structural constraints .All this work will provide base for the seismic analysis of this structure.
(4) With the time-history analysis studies the tension cylindrical reticulated mega-structure in the one-dimensional and multi-dimensional seismic wave ELCENTR0, the structure of the internal forces and part-key node displacement over time of the curve and analysis of the structure's dynamic response and change's of displacement.
引文
[1]贺拥军 巨型网格结构的形体、静力及稳定性研究[D]杭州:浙江大学建工学院,2001
[2]贺拥军,周褚红,董石麟 平板网格子结构圆柱面交叉立体桁架系统巨型网格结构的研究[J]土木工程学报,2002,35(6):24-31
[3]贺拥军,周褚红,董石麟 单层叉筒网壳静力与稳定性能研究[J]湖南大学学报(自然科学版),2002,35(6):45-50
[4]张毅刚 薛素铎 杨庆山 范峰 大跨空间结构 机械工业出版社2005
[5]白正仙,刘锡良,李义生 新型空间结构形式一张弦梁结构 空间结构,2001,7(2):33-37
[6]陈志华 弦支穹顶结构体系 见:第一届全国现代结构工程学术研讨会论文集,《工业建筑》增刊,2001,243-246
[7]O.C.Zienkiewicz and G.S.Holister.Stress analysis.Wiley,New York,1965
[8]R.E.Greene,R.E.Jones,R.W.Mclay and D.R.Strome.Generalized variational principles in the finite element method.AIAA J.,1969,7(7)
[9]C.A.Felippa.Refined finite element analysis of linear and non-linear two-dimensional structures,Report US SESM 66-22,Department of Civil Engineering,University of California,Berkeley,October 1966
[10]J.R.Whiteman.The mathematics of finite elements and applicat-ions.London:Academic press,1973
[11]钟光珞,赵冬 有限单元法及程序设计 陕西科学技术出版社1998
[12]凌道盛,徐兴 非线性有限元及程序 浙江大学出版社2004
[13]陈维健 索析预应力弯顶结构静动力性能研究 浙江大学[M]2002
[14]邓华,董石麟 拉索预应力空间网格结构全过程设计的分析方法 建筑结构学报,1999,20(2):42-47
[15]胡宁 杆索膜空间结构协同分析理论及风振响应研究 浙江大学[D]2003
[16]张其林,张莉,罗晓群 预应力梁一索屋盖结构形状确定 第九届全国空间结构学会议.2000.9:387-394.
[17]S.Pellegrino,C.R.Calladine.Matrix analysis of statically and kinematically indeterminate frame works[J].Int.J.Solids Struct.,1986,22:409-428
[18]S.Pellegrino.Analysis of prestressed mechanisms[J].Int.J.Solids Structures,1990,26(12):1329-1350
[19]S.Pellegrino.Structural computations with the singular value decomposition of the equilibrium matrix[J].Int.J.Solids Structures,1993,30(2):3025-3036
[20]陈侃 预应力张弦拱结构的理论分析和受力特性研究 浙江大学[M]2000
[21]吕晓静 张弦空间桁架的静力性能及稳定性分析 西安建筑科技大学[M]2003
[22]刘开国 大跨度张弦梁式结构的分析 空间结构2001,7(2):39-43
[23]杨睿 预应力张弦梁结构的形态分析及新体系的静力性能研究 浙江大学[M]2002
[24]胡加珠,吕令毅 张拉结构的找形方法评述 建筑科学18(5),2002:20-24.
[25]杨睿,董石麟,倪英戈.预应力张弦梁结构的形态分析—改进的逆迭代法空间结构2002.8(4).
[26]张志宏,董石麟 索杆梁混合单元体系的初始预应力分布确定问题 空间结构2003,9(3)
[27]李禄 基于张拉整体理论的悬支弯顶结构的理论和试验研究 天津大学[M],2000.
[28]白正仙 张弦梁结构的理论分析和试验研究.天津大学[D],1999.
[29]张明山,董石麟,张志宏 弦支穹顶初始预应力分布的确定及其稳定性的分析 空间结构,2004,10(2):8-12
[30]曹资,张毅刚 单层球面网壳地震反应特性分析 第八届空间结构学术会议论文集1997
[31]邓华,董石麟 拉索预应力空间网格结构全过程设计的分析方法 建筑结构学报,1999,20(2):42-47
[32]张志宏,董石麟 索杆梁混合单元体系的初始预应力分布确定问题 空间结构,2003,9(3):34-42
[33]张志宏 大型梁张空间结构系的理论研究 浙江大学[D],2003.
[34]贺拥军,周绪红,董石膦 膜型网壳结构巨型网格的整体与局部稳定性研究土木工程学报,2005,38(2):13-21
[35]张志宏,张明山,董石磷 弦支穹顶结构动力分析 计算力学学报,2005,22(6):646-650
[36]杜文风,鲍科峰,夏锋林,高博青 圆柱面巨型网格结构动力特性及抗震 分析 钢结构,2004,19(1):18-26
[37]张志宏,张明山,董石磷 平衡矩阵理论的探讨及—索杆梁杂交空间结构的静力和稳定性分析工程力学,2005,22(6)7-20
[38]贺拥军,周绪红,董石膦 圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析 湖南大学学报,2005,32(3):41-46
[39]刘永周 张弦立体桁架结构力学性能分析 兰卅理工大学[M],2004
[41]丁博函 张弦梁结构的静力、抗震和抗风性能研究 浙江大学[M],2004
[42]马美玲 张弦梁结构找形和受力性能研究 浙江大学[M],2004
[2]贺拥军,周褚红,董石麟 平板网格子结构圆柱面交叉立体桁架系统巨型网格结构的研究[J]土木工程学报,2002,35(6):24-31
[3]贺拥军,周褚红,董石麟 单层叉筒网壳静力与稳定性能研究[J]湖南大学学报(自然科学版),2002,35(6):45-50
[4]张毅刚 薛素铎 杨庆山 范峰 大跨空间结构 机械工业出版社2005
[5]白正仙,刘锡良,李义生 新型空间结构形式一张弦梁结构 空间结构,2001,7(2):33-37
[6]陈志华 弦支穹顶结构体系 见:第一届全国现代结构工程学术研讨会论文集,《工业建筑》增刊,2001,243-246
[7]O.C.Zienkiewicz and G.S.Holister.Stress analysis.Wiley,New York,1965
[8]R.E.Greene,R.E.Jones,R.W.Mclay and D.R.Strome.Generalized variational principles in the finite element method.AIAA J.,1969,7(7)
[9]C.A.Felippa.Refined finite element analysis of linear and non-linear two-dimensional structures,Report US SESM 66-22,Department of Civil Engineering,University of California,Berkeley,October 1966
[10]J.R.Whiteman.The mathematics of finite elements and applicat-ions.London:Academic press,1973
[11]钟光珞,赵冬 有限单元法及程序设计 陕西科学技术出版社1998
[12]凌道盛,徐兴 非线性有限元及程序 浙江大学出版社2004
[13]陈维健 索析预应力弯顶结构静动力性能研究 浙江大学[M]2002
[14]邓华,董石麟 拉索预应力空间网格结构全过程设计的分析方法 建筑结构学报,1999,20(2):42-47
[15]胡宁 杆索膜空间结构协同分析理论及风振响应研究 浙江大学[D]2003
[16]张其林,张莉,罗晓群 预应力梁一索屋盖结构形状确定 第九届全国空间结构学会议.2000.9:387-394.
[17]S.Pellegrino,C.R.Calladine.Matrix analysis of statically and kinematically indeterminate frame works[J].Int.J.Solids Struct.,1986,22:409-428
[18]S.Pellegrino.Analysis of prestressed mechanisms[J].Int.J.Solids Structures,1990,26(12):1329-1350
[19]S.Pellegrino.Structural computations with the singular value decomposition of the equilibrium matrix[J].Int.J.Solids Structures,1993,30(2):3025-3036
[20]陈侃 预应力张弦拱结构的理论分析和受力特性研究 浙江大学[M]2000
[21]吕晓静 张弦空间桁架的静力性能及稳定性分析 西安建筑科技大学[M]2003
[22]刘开国 大跨度张弦梁式结构的分析 空间结构2001,7(2):39-43
[23]杨睿 预应力张弦梁结构的形态分析及新体系的静力性能研究 浙江大学[M]2002
[24]胡加珠,吕令毅 张拉结构的找形方法评述 建筑科学18(5),2002:20-24.
[25]杨睿,董石麟,倪英戈.预应力张弦梁结构的形态分析—改进的逆迭代法空间结构2002.8(4).
[26]张志宏,董石麟 索杆梁混合单元体系的初始预应力分布确定问题 空间结构2003,9(3)
[27]李禄 基于张拉整体理论的悬支弯顶结构的理论和试验研究 天津大学[M],2000.
[28]白正仙 张弦梁结构的理论分析和试验研究.天津大学[D],1999.
[29]张明山,董石麟,张志宏 弦支穹顶初始预应力分布的确定及其稳定性的分析 空间结构,2004,10(2):8-12
[30]曹资,张毅刚 单层球面网壳地震反应特性分析 第八届空间结构学术会议论文集1997
[31]邓华,董石麟 拉索预应力空间网格结构全过程设计的分析方法 建筑结构学报,1999,20(2):42-47
[32]张志宏,董石麟 索杆梁混合单元体系的初始预应力分布确定问题 空间结构,2003,9(3):34-42
[33]张志宏 大型梁张空间结构系的理论研究 浙江大学[D],2003.
[34]贺拥军,周绪红,董石膦 膜型网壳结构巨型网格的整体与局部稳定性研究土木工程学报,2005,38(2):13-21
[35]张志宏,张明山,董石磷 弦支穹顶结构动力分析 计算力学学报,2005,22(6):646-650
[36]杜文风,鲍科峰,夏锋林,高博青 圆柱面巨型网格结构动力特性及抗震 分析 钢结构,2004,19(1):18-26
[37]张志宏,张明山,董石磷 平衡矩阵理论的探讨及—索杆梁杂交空间结构的静力和稳定性分析工程力学,2005,22(6)7-20
[38]贺拥军,周绪红,董石膦 圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析 湖南大学学报,2005,32(3):41-46
[39]刘永周 张弦立体桁架结构力学性能分析 兰卅理工大学[M],2004
[41]丁博函 张弦梁结构的静力、抗震和抗风性能研究 浙江大学[M],2004
[42]马美玲 张弦梁结构找形和受力性能研究 浙江大学[M],2004
© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号 地址：北京市海淀区学院路29号 邮编：100083 电话：办公室：(+86 10)66554848；文献借阅、咨询服务、科技查新：66554700 |