轮辐式索膜结构损伤情况下的动力性能研究

发布时间：2024-11-02 09:35

　　轮辐式索膜结构具有质量轻、受力合理、跨越跨度大等优点。该结构由内环索、径向索（脊索、谷索）和压环等构件组成，索系预应力水平及应力分布对整个结构的刚度和受力性能起着至关重要的作用。由于施工偏差、荷载及环境等因素的影响，会导致拉索应力分布不均匀、预应力松弛、连接节点锈蚀等损伤，从而导致结构的受力性能发生明显变化，在地震、飓风等偶然荷载作用下产生潜在的破坏危险。因此，对该类结构开展损伤情况下的动力性能研究十分必要。 论文以世纪莲体育中心为背景，通过定性模型试验测试、有限元模拟分析等手段，对轮辐式索膜结构损伤情况下的风致振动、抗震性能和抗倒塌性能进行深入研究，取得了以下几个方面的创新性研究成果： （1）在风洞试验测试基础上，根据逆傅立叶变换技术和频率双索引概念，在谐波合成法的基础上，借助Matlab程序，构造本结构120个节点的脉动风速时程，通过ANSYS有限元程序建立结构的有限元模型，将构造的脉动风速时程施加于结构模型上，分析索松弛损伤情况下结构的风致振动情况。得到了风荷载作用下结构动力反应的基本规律以及损伤情况下结构的敏感风向角（63°和135°风向角）；得到了结构整体动力放大系...

【文章页数】：208 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 膜结构的应用及发展
    1.2 膜结构的分类及特点
        1.2.1 膜结构的分类
        1.2.2 膜结构的特点
    1.3 膜结构使用过程中的破坏情况
    1.4 国内外对索膜结构损伤动力性能的研究
        1.4.1 近年来膜结构的研究重点
            1.4.1.1 找形分析
            1.4.1.2 荷载分析
            1.4.1.3 裁剪分析
        1.4.2 损伤结构的动力性能研究
        1.4.3 现有研究中存在的问题
    1.5 本课题的来源
    1.6 本文研究的主要内容
第二章 风荷载作用下结构的损伤性能
    2.1 引言
    2.2 脉动风的特性
        2.2.1 湍流强度
        2.2.2 湍流积分尺度
        2.2.3 脉动风速谱
        2.2.4 脉动风空间相关性
    2.3 结构风洞试验测试
        2.3.1 试验模型
        2.3.2 参数计算
        2.3.3 风压力分布
        2.3.4 风振系数
    2.4 脉动风荷载的数值模拟
        2.4.1 脉动风速时程的模拟理论
        2.4.2 脉动风速时程的生成
    2.5 风荷载作用下结构动力性能分析
        2.5.1 风荷载动力分析原理
        2.5.2 有限元分析模型
        2.5.3 完好结构的风振分析
        2.5.4 损伤结构的风振分析
            2.5.4.1 一根脊索损伤
            2.5.4.2 一根谷索损伤
            2.5.4.3 两根脊索损伤
            2.5.4.4 两根谷索损伤
            2.5.4.5 相邻两根索损伤
            2.5.4.6 索损伤位置分析
        2.5.5 损伤结构放大系数分析
    2.6 本章小结
第三章 地震作用下结构动力特性及损伤性能
    3.1 引言
    3.2 结构自振特性分析
    3.3 结构地震作用的反应谱分析
        3.3.1 振型参与质量系数
        3.3.2 反应谱分析
    3.4 结构地震作用的时程分析
        3.4.1 地震波选择
        3.4.2 多遇烈度下的时程分析
            3.4.2.1 El-Centro波作用
            3.4.2.2 Taft波作用
            3.4.2.3 RGB波作用
            3.4.2.4 时程分析与反应谱分析的比较
        3.4.3 基本烈度下的时程分析
        3.4.4 罕遇烈度下的时程分析
        3.4.5 预应力度的影响分析
    3.5 索应力松弛的影响分析
        3.5.1 一根脊索松弛的动力分析
        3.5.2 一根谷索松弛的动力分析
        3.5.3 两根脊索松弛的动力分析
        3.5.4 两根谷索松弛的动力分析
        3.5.5 相邻两根索松弛的动力分析
        3.5.6 控制节点的位移时程
        3.5.7 不同部位索松弛的影响
    3.6 本章小结
第四章 结构模型试验测试及受力性能分析
    4.1 引言
    4.2 定性模型静力试验
        4.2.1 使用荷载分析
        4.2.2 索松弛损伤分析
            4.2.2.1 一根脊索损伤
            4.2.2.2 一根谷索损伤
            4.2.2.3 两根脊索损伤
            4.2.2.4 两根谷索损伤
            4.2.2.5 相邻两根索损伤
            4.2.2.6 相邻三根索损伤
    4.3 定性模型数值模拟分析
        4.3.1 有限元模型建立
        4.3.2 索损伤程度对结构抗震性能的影响分析
            4.3.2.1 一根脊索损伤
            4.3.2.2 一根谷索损伤
            4.3.2.3 相邻两根索损伤
        4.3.3 索损伤数量对结构抗震性能的影响分析
            4.3.3.1 多根脊索损伤
            4.3.3.2 多根谷索损伤
            4.3.3.3 多根脊索和谷索同时损伤
        4.3.4 杆件刚度对结构抗震性能的影响分析
            4.3.4.1 索系预应力度变化
            4.3.4.2 上压环刚度变化
            4.3.4.3 腹杆刚度变化
            4.3.4.4 下压环刚度变化
            4.3.4.5 柱刚度变化
            4.3.4.6 杆件整体刚度变化
        4.3.5 结构合适刚度比分析
    4.4 本章小结
第五章 结构的抗倒塌性能
    5.1 引言
    5.2 定性模型抗倒塌性能动力测试
        5.2.1 模型结构损伤动力特性测试
        5.2.2 定性模型抗倒塌性能测试
            5.2.2.1 一根脊索断裂
            5.2.2.2 一根谷索断裂
    5.3 定性模型抗倒塌数值分析
        5.3.1 定性模型有限元与实测对比分析
            5.3.1.1 一根脊索断裂
            5.3.1.2 一根谷索断裂
        5.3.2 定性模型有限元模拟分析
            5.3.2.1 两根脊索断裂
            5.3.2.2 两根谷索断裂
            5.3.2.3 相邻两根索断裂
            5.3.2.4 相邻三根索断裂
    5.4 原型结构抗倒塌性能模拟分析
        5.4.1 结构构件重要性分析
        5.4.2 构件断裂情况下的倒塌性能分析
            5.4.2.1 一根脊索断裂
            5.4.2.2 一根谷索断裂
            5.4.2.3 两根脊索断裂
            5.4.2.4 两根谷索断裂
            5.4.2.5 相邻两根索断裂
            5.4.2.6 相邻三根索断裂
            5.4.2.7 一根内环索断裂
            5.4.2.8 一根墩柱断裂
    5.5 结构倒塌破坏机理分析
    5.6 本章小结
第六章 结论与建议
    6.1 结论
    6.2 建议
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢



本文编号：4009389