桁架式铝合金双层空间网格结构力学性能与设计方法

发布时间：2020-09-09 14:10

　　 铝合金具有质轻、耐腐蚀、无磁和易加工等优良性能,其材料的性能优势与空间结构的几何体系优势结合,具有极大的发展前景。目前常用的铝合金单层网壳和弗伦蒂尔式空腹双层网壳结构体系在跨度较大时往往会产生整体失稳问题,在经济性和安全性方面难以满足人类活动对大跨度建筑结构的要求。本文结合CN104074265 A号专利,提出一种桁架式铝合金双层空间网格结构,其几何体系受力合理,节点构造简单高效,具有较大的整体刚度和跨越能力。文章介绍了其几何体系,构件截面以及节点构造,并使用有限元分析法,从构件和结构整体两个层次分析了该结构体系的力学性能,期望能为该结构体系的推广应用提供一些参考。本文主要研究内容如下:(1)采用理论分析与数值模拟相结合的方法,探讨了作为结构腹杆的双拼T型角铝轴心受压稳定性能。分析了4种截面,每种截面4种长度共16种规格杆件模型,经合理简化,分别与T型铝和单角铝2倍稳定承载力进行了对比,分别得到了不同长细比下的稳定承载力的比值;与现行《铝合金结构设计规范》的稳定计算公式进行了比较,发现规范计算公式同样适用于双拼角铝。此外,分析了连接节点数量和角铝拼接面间距对其轴压稳定承载力的影响。(2)介绍了桁架式铝合金双层空间网格结构体系,包括局部构造和整体几何体系两方面。分析了不同弦杆加强方案和不同几何参数(矢跨比、厚跨比和径向网格数)对静力性能的影响,得到了合理高效的加强方案以及静力性能指标随结构主要几何参数的变化规律。(3)探讨了该结构体系的整体稳定性能,以屈曲特征值和非线性稳定系数为研究内容,对算例网壳模型进行了特征值屈曲分析和考虑材料、几何双重非线性的稳定承载力分析,并对结构进行了参数化分析,得到了结构的失稳模态以及初始缺陷和几何参数对稳定承载力的影响规律。研究了温度对该结构体系稳定承载力的影响,发现其对温度变化不敏感。(4)从结构自振特性和在地震波激励下的时程响应两方面展开,研究了该结构体系的动力性能,得到了结构的自振频率、振型模态和在不同几何参数下自振基频的变化规律。此外,得到了结构构件应力和节点位移的时程曲线。同时与钢网壳结构的动力特性进行了对比,确定了该结构体系具有良好的抗震性能。
【学位单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU395
【部分图文】：

图 1-1 天津理工大学体育馆 图 1-2 国家大剧院Fig.1-1 Tianjin university of technologygymnasiumFig.1-2 National Center for the Performing Arts

图 1-1 天津理工大学体育馆 图 1-2 国家大剧院Fig.1-1 Tianjin university of technologygymnasiumFig.1-2 National Center for the Performing Arts

图 1-3 三亚体育中心体育馆 图 1-4 济南奥体中心体育馆Fig.1-3 Sanya sports center Fig.1-4 Jinan Olympic sports center1.2 铝合金结构发展与研究现状

【参考文献】

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本文编号：2815074