三种800m球面巨型网格结构抗震性能研究

发布时间：2020-03-25 05:06

【摘要】：在社会发展的历程中,结构工程师们从未放弃过对于高度更高、跨度更大的建筑结构的追求。科学技术水平的不断提高,经济的日益发达,使得更多这样宏伟的建筑结构得以实现。目前,研究者们已将结构的跨度放眼至千米级,并且已有研究表明凯威特型、短程线型以及三向网格型巨型网格结构在800m的跨度下具有良好的静力性能和稳定性,因此,结构在地震作用下是否还能表现出如此优异的动力性能值得进一步进行研究探索。本文以800m跨度的凯威特型、短程线型及三向网格型巨型网格结构为研究对象,建立其有限元模型,以研究结构的动力特性,通过对结构分别进行多遇与罕遇地震作用下的相关分析,选出在800m跨度下性能较为优秀的结构方案。主要包括以下研究内容:应用大型通用有限元计算分析软件ANSYS自带的APDL参数化语言编制模型自动生成程序,对几何模型进行满应力选杆,得到用于抗震分析的有限元模型。对结构进行模态分析,得到了结构的频谱特性和振型特点,计算得出了结构的瑞利阻尼,确定了应用振型分解反应谱法对结构进行计算时进行振型组合的振型阶数。计算了结构在单维和二维地震作用下的响应,研究了地震的方向性对结构响应的影响。对三种球面巨型网格结构方案,在5条调幅至多遇地震强度的地震动作用下,计算了结构的响应,得到了结构的响应特点,总结了多遇地震作用下结构的响应规律。研究了振型分解反应谱法对于该类结构抗震计算的适用性。研究了短程线型和三向网格型巨型网格结构在罕遇地震作用下的响应,并将其与多遇地震作用下得到的弹性计算结果进行对比,总结了结构在罕遇地震强度下的弹塑性响应规律。对结构的塑性发展进行了探索,研究了结构塑性发展的过程和塑性的分布情况。综合考虑在多遇和罕遇地震作用下的抗震性能,比较得出了三种结构方案在800m跨度下的适用性,得出了抗震性能较为优异的结构方案。
【图文】：

大跨结构,跨度

建筑结构使用的材料从混凝土到钢材、铝合金，跨度也从几十米达到了几百米之多，结构形式更是复杂多样[3]。二十世纪九十年代初建成的日本福冈体育馆，跨度 222m，其屋盖为双层网壳的可开合屋盖，，如图 1-1b；英国为庆祝千禧年的到来，与世纪之交建成了千年穹顶，跨度 320m，该结构由 12 根 100 米高的钢桅杆支撑起整个屋盖结构，是一种混合结构形式，如图 1-1c。进入 21 世纪以后，跨度达300m以上的建筑不断涌现，这其中就包括我们2004年建成的跨度360m的南京奥体中心[4]，曾作为 2005 年全国十运会、2013 年南京亚青会和 2014 年南京青奥会的主会场；2004 年建成的跨度 312m 的重庆奥体中心袁家岗体育场[5]；以及 2008 年建成的北京奥运会的主场馆，跨度 296×332m 的“鸟巢”。a) 世纪会堂（1913 年） b) 日本福冈体育馆（1993 年） c) 千年穹顶（1999 年）

穹顶,概念设计

其陈述了未来新型城市为人类带来的舒适、节能、与自然相协调的理想封闭式城市环境。可见，工程师们已将视野投向超大跨度结构，建造千米级城穹顶也为结构工程师们带来新的挑战。近几十年来，虽然建筑的跨度已得到很大的延伸，由上所述，跨度突破 30的建筑已不在少数，但仍与千米级的城市穹顶相差甚远。随着结构跨度的增加与之相匹配的结构形式将更为复杂，同时，结构杆件数目增多，结构自重更大对结构自身的承载能力要求更高，这些问题都将为结构的设计、静力、动力以稳定性的计算和分析带来问题和挑战。a) 曼哈顿穹顶（跨度：3200m） b) 北极充气穹顶（跨度：2000m）
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU399;TU352.11

【参考文献】