张弦梁结构受火力学特征的解析解及数值模拟研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaolaohu_521
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张弦梁结构(Beam String Structures,简称BSS)作为典型的大空间建筑结构,具有受力合理、充分发挥刚柔两种材料的优势等特点,在大跨度公共建筑、工业建筑中得到了越来越广泛的应用。目前国内外对于张弦梁结构的研究主要是在常温下展开,而火灾是影响大跨度钢结构安全的重要因素。  本文对张弦梁的抗火性能展开研究,针对工程中常用的抛物线型张弦梁,以单榀张弦梁为研究对象,主要进行了以下研究工作:⑴通过对单榀张弦粱预应力态下,梁单元及索单元的微分平衡方程的求解,以预应力态下张弦梁的几何形状函数为目标函数,建立了下弦拉索的预应力值与结构零状态几何、预应力态几何间的函数关系式,并推导出单榀张弦梁结构找形的简便计算公式。⑵荷载态下,对单榀张弦梁进行受力分析,分别建立梁、索的力学平衡方程和变形协调方程。推导出单榀张弦梁在荷载态下,各构件的受力状态和几何形态的解析计算方法。⑶火灾下,对单榀张弦梁进行受力分析,分别建立梁、索的力学平衡方程和变形协调方程。得出单榀张弦梁在火灾升温历程中,各构件的受力状态和几何形态的解析计算方法。⑷将以上三种解析计算方法的计算结果与基于ANSYS软件的模拟结果进行对比,对比结果表明,本文提出的解析计算方法均具有较高精度,可为实际工程设计提供参考。⑸基于非线性有限元ANSYS软件,建立张弦梁受火分析模型,在设计的参数分析方案基础上,考察荷载比,温度场非均匀性、火源位置、几何尺寸、支座摩阻力各参数对张弦梁结构临界温度的影响。得到影响张弦梁受火设计承载力的关键参数。
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