钢筋混凝土双曲抛物面薄壳结构力学性能研究

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为研究现浇钢筋混凝土双曲抛物面结构的性能,本文对单块单倾扭壳、单块双倾扭壳和星海音乐厅双曲抛物面壳体的构形、边梁作用、预应力影响、动力性能等进行深入研究。采用应力-应变、应力-裂缝宽度、应力-断裂能等不同的模型来表述混凝土拉伸硬化性能,分别采用实体单元和壳单元,利用ANSYS和ABAQUS对双向板、单向板和双曲抛物面薄壳的结构性能进行分析,并将弧长法、显式动力分析结果与实验进行对比,得出接近的结果。对双曲抛物面中的特例单块单倾扭壳、单块双倾扭壳采用不同的矢高或扭曲率,研究该因素对结构极限承载力的影响。通过分析得出影响结构极限状态的主要是受拉裂缝,钢筋一般较难屈服。在星海音乐厅双曲抛物面壳体模型中通过引入不同高度和宽度的边梁,研究边梁尺寸对结构极限承载力的影响。对施加预应力后单块单倾扭壳和单块双倾扭壳进行分析,得出无边梁和有边梁壳体的结构刚度、自振频率和自振模态等动力特性的变化规律。利用隐式动力分析方法对是否有边梁、是否施加预应力的结构进行动力时程分析,对比其在地震作用下的结构性能。结果表明,双曲抛物面薄壳结构在合适边梁尺寸的协同工作下,可以达到较好的性能。
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