薛晓峰[1]2008年在《长悬臂结构的减震控制研究》文中研究表明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。
刘永周[2]2004年在《张弦立体桁架结构力学性能分析》文中进行了进一步梳理张弦立体桁架结构作为张弦梁结构的一种衍化形式，其各种构件受力明确简洁，拉压构件取长补短，协同工作，充分发挥了材料的受力特长，是大跨度空间结构中一种典型的刚柔杂交结合体系。基于张弦立体桁架结构合理的受力性能，以及大跨结构在我国广阔的发展前景，这种结构必将得到推广应用。 张弦立体桁架结构作为我国空间结构领域的前沿课题之一，目前对其还缺乏全面系统的研究工作。本文在原有对张弦梁以及张弦立体桁架研究的基础上，利用大型通用ANSYS软件，对该结构主要作了以下几个方面的研究工作： (1)利用ANSYS软件中的APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言，对张弦立体桁架结构的建模计算进行了参数化编程，为深入研究该结构的力学性能和结构的优化设计奠定了基础。 (2)对一张弦立体桁架结构的静力性能做了系统分析，研究了结构的内力和位移在矢跨比、垂跨比、预应力和撑杆数不同参数下的变化情况，全面详细的探讨了结构的主要参数对结构静力性能的影响。 (3)为适应实际工程复杂条件的要求，常要将标准的张弦立体桁架结构的形式作适当变化。本文讨论了结构的转角和撑杆的布置方式对张弦立体桁架结构力学性能的影响情况。 (4)为满足实际工程中不同跨度的设计需求，本文针对张弦立体桁架结构的主要参数在不同跨度时对结构的受力性能影响情况进行了计算分析，讨论了结构参数和跨度二者之间的变化规律，为工程设计提供了参数选择的依据。 (5)对张弦立体桁架结构进行了模态和动力参数分析，明确了结构的频率和振型的变化特点，讨论了主要的动力参数对结构基本动力性能的影响情况，为深入探讨这种结构的动力性能作下铺垫。
管鹏[3]2008年在《大跨度张弦立体桁架结构的找形和竖向地震响应研究》文中进行了进一步梳理大跨度张弦立体桁架结构是一种新型的预应力空间结构形式。它是通过受压撑杆将上弦受压桁架和下弦受拉索连接到一起,并对索施加一定的预应力,使结构产生一定的反拱,待屋面荷载产生后,使结构基本恢复到初始形状的一种预应力空间结构。由于其受力合理的特点在国内外工程实践中得到了较多地应用。为了更好地应用大跨度张弦立体桁架结构,本文采用几何非线性有限元法建立分析模型,使用ANSYS有限元程序对张弦桁架结构的找形、自振特性和竖向抗震性能进行计算分析,并研究了各个参数变化对结构动力性能的影响,主要完成了以下几个方面的工作:(1)探讨了张弦桁架结构中索的预应力引入方法,结合前人的研究成果,提出一种新型的适合张弦桁架结构找形的计算方法,即等效降温逆迭代法。用该方法确定了下弦拉索的预应力,完成了张弦桁架的找形分析,从而获得了结构的零状态几何和初始态预应力分布。并对比分析了张弦桁架结构在线性和几何非线性下的计算结果差异。(2)对张弦桁架结构进行了自振特性分析,并研究了矢跨比、垂跨比、撑杆数和预应力值等参数变化对结构自振特性的影响,总结了自振特性变化规律。(3)采用时程分析法对张弦桁架结构在竖向地震作用下的动力响应做了系统的分析,并研究了矢跨比、垂跨比、撑杆数和预应力值等参数变化对结构抗震性能的影响,得到各参数的合理取值,可供工程设计人员参考。
安琦[4]2012年在《单向及双向弦支（张弦）结构性能分析》文中进行了进一步梳理弦支结构，又称张弦结构，是一种较为高效的预应力结构体系。该结构体系在国内外许多大型公共建筑中得到了广泛的应用。本文根据单、双向弦支结构的国内外研究现状，以实际工程为背景，采用有限元分析软件ANSYS，对弦支桁架的力学性能以及单、双向弦支梁（桁架）的温度效应进行了较为系统的研究。通过预应力优化分析和形态分析确定单向弦支桁架结构的合理预应力及放样态几何；通过对比分析阐明弦支桁架的优越性；分析确定几何非线性对荷载态的弦支桁架结构静力性能影响较小，采用迭加原理进行结构荷载态的静力性能分析较为合理；分析确定立体桁架和弦支桁架的非线性极限承载力对缺陷均不敏感；对弦支桁架进行自振特性分析，并对结构的自振频率进行参数分析；选取El-Centro波对弦支桁架结构进行动力时程分析，得到结构的动内力分布和动力响应规律，同时分析得到结构的动力响应对支座约束条件较为敏感。研究确定几何非线性对单向弦支桁架、双向弦支梁结构温度效应的影响较小；采用LINK10模拟拉索时，对结构进行考虑降温作用的静力分析采用迭加原理较为合理，但进行考虑升温作用的静力分析采用迭加原理不合理；分析确定温度作用对单、双向弦支结构静力性能的影响规律，以及拉索类型和支座刚度对结构温度效应的影响规律；分析得到温差数值对单、双向弦支结构结构温度效应的影响规律，根据该规律确定结构的最优合拢温度，分析得到采用不同拉索类型和支座刚度时，温差对结构温度效应的影响规律；提出适用于单向弦支桁架、双向弦支梁结构在非最优合拢温度下合拢的施工控制方法——索力控制法，并进行了算例验证。研究确定结构的形状对结构温度效应的影响规律；分析确定温度作用和施工方法对结构静力性能的影响规律；分析确定温差数值对单向弦支梁结构温度效应的影响规律，根据该规律确定单向弦支梁结构的最优合拢温度。
张彦[5]2008年在《大跨度张弦桁架结构设计及试验研究》文中指出张弦桁架结构是通过撑杆连接上弦立体桁架和下弦高强度拉索而形成的一类新型大跨度空间结构形式,是由张弦梁结构发展而来的。近年来,由于在许多重要的大跨度建筑中的成功应用,使其成为了当前空间结构研究领域中的热点课题之一。本文以圆满完成某大跨度张弦桁架雨棚的设计任务为基本出发点,在查阅大量文献资料和经典工程案例的基础上对张弦桁架结构进行了参数优化分析、抗震性能分析和模型试验研究,比较系统的对张弦桁架结构的整个设计研究过程进行了较为详细的阐述。首先,本文在查阅大量国内外相关文献的基础上简单回顾了张弦结构的发展历史、工程应用及研究现状,对所设计的张弦桁架雨棚的工程概况做了简要介绍,确定了本文的主要研究内容并对研究工作中涉及到的一些理论知识和计算方法做了介绍。参数优化分析是张弦桁架结构设计中的关键问题。本文第叁章在总结前人经验的基础上,结合工程设计需要确定了新的分析目标,引入了新的分析参数,对其进行了比较详细的分析和讨论,得出了一些有工程实用意义的结论,同时也为实际结构获得了经济、合理的结构参数,最后在此基础上提出了张弦桁架结构进行参数优化分析的建议步骤。张弦桁架结构的动力性能研究正逐渐受到国内外学者的重视,其抗震性能研究更是工程界所普遍关注的问题。本文第四章首先对张弦桁架结构的自振特性进行了分析,对其自振频率和振型的特点进行了总结。然后利用振型分解反应谱法和时程分析法对结构在地震作用下的受力性能进行了分析和比较,验证了结构设计的安全性,并为以后的结构设计工作提供了借鉴。最后考虑了地震波的行波效应对结构地震响应的影响,得出了一些有工程实用意义的结论。本文第五章在完成理论分析和工程设计的基础上,对其中设计难度最大的区域进行了模型试验研究。模型试验的内容包括:静载试验、自振频率测试试验、施工全过程分析试验、索力调整试验、模拟“换索”试验等,限于文章篇幅和试验分工,本文仅对静载试验的结果进行了分析处理。模型试验的结果验证了理论计算的正确性和结构设计的安全性。论文最后对本文的设计研究内容及成果进行了总结,并指出了今后的研究方向。
孙轩[6]2015年在《新型张弦巨型网格结构受力性能及抗震性能研究》文中提出人类社会的发展,对空间结构的跨度提出了更高的要求,以满足现代大型场馆建设的需要。然而,单一形式的结构已无法满足超大跨度的需求。为此,各国科技工作者不断地进行探索,将几种单一形式的结构进行有机组合,以改善结构受力性能,增加跨度。张弦梁结构是目前应用广泛的一种大跨组合空间结构,由下部撑杆、拉索以及上部刚性压弯构件组成;巨型网格结构是近些年提出的一种新型空间结构,由承担整个结构荷载的大网格和承担局部荷载的子结构组成。为进一步提高结构跨度,改善结构受力性能,本文将张弦梁概念引入巨型网格结构,从而组合成为一种新型超大跨空间结构——张弦巨型网格结构,并从布索方案、静力及稳定性能、动力特性、抗震性能等几方面对该结构进行系统的理论研究。首先针对该新型结构提出了5种可能的索杆布置方案,研究了矢跨比对不同布索方案结构变形的影响,然后对同一矢跨比下各结构的内力、变形、稳定承载力及失稳模态等方面进行了综合对比分析,选出最佳布索方案。对优选方案下结构的变形、内力、稳定极限承载力及各自的变化率进行一系列参数分析并与同样形式的未布索结构作比较,给出各参数的最佳取值范围;然后针对结构在不同跨度、矢跨比及桁架梁高度时的最佳预应力进行了大规模计算,得到各几何参数下结构的最佳预应力取值范围;最后讨论了结构稳定性能在半跨荷载作用下的变化情况。研究了结构的动力特性,以整体结构各阶振型及相应自振周期为指标,根据子结构是否参与协同承载分两种情况进行对比分析,并对首阶各向振型的出现次序及相应周期值进行参数分析,且与未布索结构作比较,详细研究了结构各向刚度随参数的变化情况。对结构抗震性能进行了详细的研究,分别考察结构各地震响应指标在单向和多向地震作用下的变化情况。考虑单向地震作用时,首先使用时程法及反应谱法研究结构抗震性能在各向地震作用下的分布规律,然后对结构抗震性能进行参数分析;对于多向地震,使用时程法,首先研究叁维地震作用对结构基本抗震性能的影响,然后对不同地震组合下结构各地震响应指标进行对比分析,选出设计时宜采用的最佳地震组合,最后对结构内力及位移地震响应进行参数分析,给出结构抗震设计时各参数的合理取值范围。
余佳亮[7]2012年在《无站台柱张弦桁架雨棚结构性能分析与倒塌模拟研究》文中研究表明大跨度、大柱距的无站台柱钢结构雨棚被广泛应用于我国新时期的火车站建设中,其现代化的建筑设计、通透的站台视觉感受及宽敞舒适的使用效果已经得到业内与社会公众的普遍认可。本文对无站台柱雨棚中有鲜明特点及广泛应用前景的张弦桁架雨棚结构进行了研究,研究内容涉及该类结构的静力性能、稳定性能、抗震性能、抗风性能以及抗连续倒塌性能五个方面,研究结果为该类结构在设计时所需考虑的共性问题提供了分析方法及解决途径,并根据部分结论总结出供设计人员参考使用的规律和依据。本文第一章介绍了无站台柱雨棚的由来及在我国的应用现状。概括了张弦桁架结构的受力特点,分析了张弦桁架结构在应用于无站台柱雨棚时所具备的优势。对目前关于无站台柱张弦桁架雨棚的研究进行了总结,明确了本文要做的研究工作。本文第二章系统建立了无站台柱张弦桁架雨棚结构在静力荷载作用下的理论分析方法,给出了在对称均布荷载、反对称均布荷载、半跨均布荷载、温度荷载以及预拉力荷载作用下,结构受力及变形的理论计算公式。根据得到的理论公式研究了结构在各种静力荷载作用下的受力性能,给出了基于结构静力性能改进目标的预拉力值确定方法。本文第叁章分析了无站台柱张弦桁架雨棚结构的失稳模式、失稳机理及影响结构稳定性能的相关因素。重点研究了目前较少涉及的倒叁角立体桁架抗扭刚度对结构整体稳定性能的影响,研究过程揭示了增强立体桁架抗扭刚度能提高结构稳定性能的机理,并给出了增强立体桁架抗扭刚度的具体方法。此外本章内容还分析了结构体系中连系桁架在限制主桁架失稳时所发挥的作用,研究了杆件屈服对结构失稳的影响。本文第四章研究了无站台柱张弦桁架雨棚结构的自振特性,并在此基础上较为详细地计算分析了结构在水平及竖向地震作用下的位移、内力响应,根据响应规律研究了该类结构抗震设计时的简化分析方法。随后还考察了结构纵向区间长度与行波效应的相互关系。本文第五章研究了无站台柱张弦桁架雨棚结构的风载体型系数,给出了该类结构风载体型系数的分布规律和取值方法。编制了脉动风时程模拟程序,对结构进行了风致动力响应分析,得到了结构的风振系数。计算了作用在结构上的风荷载值,对结构进行了多级风荷载下的受力性能分析,并得到了结构在终级风荷载下的破坏模式。本章最后归纳了结构在风荷载作用下的性能特点。本文第六章在备选荷载路径设计思想的引导下,分析了无站台柱弦桁架雨棚结构中各类构件的敏感性,依据分析结果对结构在敏感构件失效后的响应或倒塌过程进行了模拟,根据模拟结果总结了该类结构可能发生的倒塌模式。在以上分析的基础上提出了两种防止无站台柱张弦桁架雨棚大面积连续倒塌的设计方法,并详细阐述了这两种方法在北京北站张弦桁架雨棚工程中的具体应用。本文第七章对全文所做主要工作及所得到的主要结论进行了总结,并指出该类结构在今后可以继续深入的研究工作。
郑建朋[8]2016年在《大跨度张弦桁架结构的施工监测研究》文中研究指明本文以鄱阳湖模型试验大厅大跨度张弦桁架结构为研究对象,作者主要进行了如下工作:一、利用大型通用有限元模拟软件ANSYS建立了单榀张弦空间桁架的有限元模型,并且建立了支撑胎架的模型,通过软件模拟实际的加载过程,考虑几何非线性和材料非线性,采用Newton-Raphson迭代法考虑材料的应力刚化效应,得到了单榀张弦桁架在各级张拉力作用下的应力和位移;二、建立了单榀张弦桁架的支座节点的有限元模型,采用同样的分析方法进行计算,得到了单榀张弦桁架支座节点的应力云图,根据计算分析结果,制定了该大跨度张弦空间桁架的检测方案并实施了工程检测。大跨度张弦空间桁架的施工过程监测是一项非常重要的任务,如果监测位置和结果不准确对结构后续的施工和使用会产生巨大的危害,因此本文利用ANSYS软件模拟单榀张弦桁架的张拉过程,为结构的健康监测提供理论依据,同时也为今后类似工程的健康监测提供借鉴和参考。
李佳欣[9]2014年在《空腹钢桁架的静力性能分析及设计方法研究》文中研究指明空腹钢桁架与普通桁架相比取消了斜腹杆,因此结构更为简洁,造型更为美观,得到了众多的建筑师的青睐,并且在一些中小跨度的公共建筑中广泛应用。空腹钢桁架的力学性能与普通桁架有显着不同,因此其设计方法也应有别于普通桁架,但目前国内外对于空腹钢桁架的研究工作开展较少,有关文献也较为少见,更没有明确的针对此类结构的设计验算规范。本文采用数值方法较系统地研究了空腹钢桁架的静力性能,探讨了平面空腹钢桁架的设计方法,具体工作如下：首先,分析了空腹钢桁架的结构特点,总结了空腹钢桁架以及相关结构国内外研究状况和研究成果,为探讨空腹钢桁架的研究和设计方法提供依据。其次,系统总结了空腹钢桁架稳定分析相关理论,建立空腹钢桁架的有限元模型,推导了相关单元的有限元列式。利用特征值屈曲分析法以及非线性屈曲分析法对鱼腹式平面空腹钢桁架的静力性能进行研究,通过对全跨荷载和半跨荷载下结构变形、内力等变化规律的分析,明晰结构的破坏机理和失稳模态。进而通过变参数分析,明确了结构矢跨比、垂跨比、腹杆数量、构件截面等参数对结构力学性能的影响,得到相应参数的影响规律,并在此基础上提出一些有利于改善结构静力性能的设计建议。再次,利用特征值屈曲分析法以及非线性屈曲分析法对辐射式空间空腹钢桁架的静力性能进行研究,通过对全跨荷载和半跨荷载下结构变形、内力等变化规律的分析,明晰空间空腹钢桁架结构的破坏机理和失稳模态。进而通过变参数分析,明确了结构矢跨比、垂跨比、高跨比、腹杆数量、辐射桁架数量等参数对结构力学性能的影响,得到相应参数的影响规律,并在此基础上提出一些有利于改善结构静力性能的设计建议。最后,通过对上述非线性分析结果的分析,探讨鱼腹式平面空腹钢桁架基于线性分析的设计方法,明确在一般设计荷载作用下,鱼腹桁架的强度和刚度计算可直接采用线性分析法,鱼腹桁架上弦稳定承载力验算与普通桁架有很大差别。在利用正交试验,分析影响上弦稳定承载力因素的基础上,基于线性屈曲分析,采用逆推法,建立了上弦计算长度系数公式,供验算上弦稳定承载力使用,最后通过一具体的工程试设计验证了设计方法的可行性。
姬爽[10]2014年在《国家海洋博物馆门式钢管桁架结构力学性能研究》文中研究表明管桁架结构的受力形体合理使其具有优异的受力性能,且易满足各类新型复杂的建筑造型要求,如此具有生命力的结构已经广泛应用于各种工程中。本文以天津市国家海洋博物馆钢结构项目为背景,结合该结构存在错层、楼面开大洞、楼板不连续、体型超长等特点,主要通过MIDAS和ABAQUS两种有限元软件对该门式管桁架及内部框架整体结构的各项力学性能进行研究分析。本文介绍了该门式管桁架结构的工程概况、结构形式、计算模型和荷载工况(包括恒荷载、楼面和屋面活荷载、温度作用、风荷载和雪荷载)及组合,对其静力性能进行分析,研究门式管桁架结构在荷载组合作用下的支座反力、杆件应力和节点位移。分析结果显示该结构在悬挑附近及墙面与屋面交界处受力较为敏感,但结构总体刚度较大,内力分布较为合理均匀,空间整体作用较强。利用模态分析研究国家海洋博物馆门式管桁架结构的自振特性,得到结构的自振频率、自振模态以及合理的振型截断数;并利用振型分解反应谱法研究结构在各向地震作用下的动力响应;对将地震作用与其他荷载进行组合,对其抗震性能进行分析。分析可知该门式管桁架结构的抗震设计满足要求,抗震性能良好。对该门式管桁架内部框架整体结构的稳定性能进行了研究,并对比桁架间支撑形式的变化对结构稳定性能的影响。通过特征值屈曲分析,得到结构的屈曲模态和在理论线弹性屈曲临界承载力;并通过引入初始缺陷,对结构进行几何非线性稳定分析。分析可知结构的整体稳定性能较好。考虑到该门式管桁架结构两个主展厅两端均悬挑,且悬挑端竖向变形较大,本文将预应力引入结构的悬挑端,提出了四种减小其位移的方案,并通过建模计算,分析可知第四种在悬挑屋面上沿屋脊线方向布置拉索的方案最为有效,可以显着改善结构悬挑端的刚度。
参考文献：
[1]. 长悬臂结构的减震控制研究[D]. 薛晓峰. 兰州理工大学. 2008
[2]. 张弦立体桁架结构力学性能分析[D]. 刘永周. 兰州理工大学. 2004
[3]. 大跨度张弦立体桁架结构的找形和竖向地震响应研究[D]. 管鹏. 西安建筑科技大学. 2008
[4]. 单向及双向弦支（张弦）结构性能分析[D]. 安琦. 天津大学. 2012
[5]. 大跨度张弦桁架结构设计及试验研究[D]. 张彦. 浙江大学. 2008
[6]. 新型张弦巨型网格结构受力性能及抗震性能研究[D]. 孙轩. 湖南大学. 2015
[7]. 无站台柱张弦桁架雨棚结构性能分析与倒塌模拟研究[D]. 余佳亮. 浙江大学. 2012
[8]. 大跨度张弦桁架结构的施工监测研究[D]. 郑建朋. 南昌大学. 2016
[9]. 空腹钢桁架的静力性能分析及设计方法研究[D]. 李佳欣. 北京交通大学. 2014
[10]. 国家海洋博物馆门式钢管桁架结构力学性能研究[D]. 姬爽. 天津大学. 2014
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