高性能CFRP索的弦支穹顶结构的静力性能与试验研究

发布时间：2017-04-10 17:04

  本文关键词：高性能CFRP索的弦支穹顶结构的静力性能与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：弦支穹顶结构作为新型大跨度空间结构被广泛应用于体育场馆、会展设施、交通枢纽等重要工程。随着弦支穹顶结构在大跨结构中的广泛应用,钢索耐腐蚀性差、线膨胀系数高、受温度影响大等问题逐步显现。鉴于传统钢索弦支穹顶结构的这些缺点,本文提出将新型高性能材料CFRP替代传统钢索应用到弦支穹顶结构中。CFRP即碳纤维增强复合材料,具有轻质高强、耐腐蚀性好、受温度影响小等特点,近些年来被广泛应用于各个领域,是土木工程界尤为重要的新型材料。为研究新型材料CFRP在弦支穹顶结构中的应用,本文结合试验和利用ANSYS有限元程序分别对传统钢索弦支穹顶结构和应用了CFRP索的弦支穹顶结构进行对比分析。主要研究内容如下:1、本文对钢索弦支穹顶结构进行了弹性范围内的加载试验,利用ANSYS有限元软件建立了钢索弦支穹顶结构的模型。通过对试验数据和理论分析数据的结合分析,得到了当节点等效荷载为200N时,弦支穹顶结构的一般力学性能,同时观察得到模型的理论值与试验值相差不大,杆件应力分布也相同,从而验证了弦支穹顶结构有限元模型的正确性。2、通过对比钢索弦支穹顶结构和CFRP索弦支穹顶结构在不同荷载条件下的网壳杆件应力、节点的径向位移、竖向位移和拉索的应力,获得了基于CFRP索应用的弦支穹顶结构的一些静力学性能,同钢索弦支穹顶结构在相同条件下的静力性能相比较,结果表明CFRP索弦支穹顶结构的静力性能更有优越性。3、通过特征值屈曲分析可知,CFRP索弦支穹顶结构的特征值高于传统钢索弦支穹顶结构,结构的屈曲位置相对靠近结构的网壳中心。非线性屈曲分析得到了荷载-位移曲线和结构的极限承载力,对比发现,拉索的材质对极限承载力的影响不是很大,两个模型的极限承载力相差不大,但CFRP索结构稳定性要略高一些。最后综合本文的研究成果,提出了将高性能材料CFRP实际应用到弦支穹顶结构工程中的建议,为今后CFRP索在弦支穹顶结构中的应用的研究打下基础。
【关键词】：弦支穹顶 CFRP索 钢索 静力性能 非线性分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU399
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12-14
• 1.2 弦支穹顶结构及其发展状况14-22
• 1.2.1 弦支穹顶结构的定义14-16
• 1.2.2 弦支穹顶结构的分类16-18
• 1.2.3 弦支穹顶结构在国内外的发展应用与研究18-22
• 1.3 CFRP索及其在大跨结构中的发展状况22-25
• 1.3.1 CFRP简介22-23
• 1.3.2 CFRP索在大跨度结构中的研究现状23-25
• 1.4 本文的主要研究工作25-27
• 1.4.1 本文的主要研究内容25
• 1.4.2 文章的技术路线25-27
• 第二章 非线性有限元以及ANSYS有限元分析基本理论27-36
• 2.1 引言27
• 2.2 几何非线性有限元理论27-29
• 2.2.1 非线性分析的基本方法27-28
• 2.2.2 非线性分析的基本方程求解28-29
• 2.3 弦支穹顶结构的几何非线性有限单元法分析29-31
• 2.3.1 空间梁单元30
• 2.3.2 空间杆单元30-31
• 2.3.3 空间索单元31
• 2.3.4 总刚度矩阵的集成31
• 2.4 ANSYS有限元分析软件31-34
• 2.4.1 ANSYS分析软件简介31-32
• 2.4.2 ANSYS软件分析功能32-33
• 2.4.3 ANSYS软件在弦支穹顶结构中的应用优势33-34
• 2.5 ANSYS基本分析的操作步骤34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 弦支穹顶结构试验研究36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 试验设计36-40
• 3.2.1 试验目的36
• 3.2.2 试验方案设计36-39
• 3.2.3 模型试验内容39
• 3.2.4 模型试验荷载以及张拉方法39-40
• 3.3 模型试验准备40-43
• 3.3.1 索撑节点位置摩擦处理40-41
• 3.3.2 测点布置41
• 3.3.3 位移测量41-43
• 3.4 试验结果与分析43-48
• 3.4.1 静力试验步骤43
• 3.4.2 试验结果与分析43-44
• 3.4.3 ANSYS模型的建立与有限元分析44-46
• 3.4.4 试验数据与理论结果的分析46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 不同材质拉索的弦支穹顶结构的静力分析49-58
• 4.1 引言49
• 4.2 计算模型的建立49-50
• 4.3 仅有索预应力作用下的静力分析50-51
• 4.4 不同材质拉索的结构特性分析51-57
• 4.4.1 上弦环杆应力51-52
• 4.4.2 上弦径杆应力52-53
• 4.4.3 竖向位移53-55
• 4.4.5 径向位移55-56
• 4.4.6 结构拉索应力56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 弦支穹顶结构的稳定性分析58-66
• 5.1 引言58
• 5.2 弦支穹顶结构稳定性的影响因素58-59
• 5.3 特征值屈曲分析59-63
• 5.3.1 特征值屈曲分析概念59-60
• 5.3.2 特征值屈曲分析60-63
• 5.4 非线性屈曲分析63-65
• 5.4.1 荷载-位移曲线63-65
• 5.4.2 结构极限承载力65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 硕士在读期间发表论文74

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