拉索预应力巨型网格结构参激振动及动力稳定性研究

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拉索预应力巨型网格结构是将预应力体系引入巨型网格结构形成的一种刚柔组合空间结构,预应力拉索的应用有效改善了结构的受力性能,实现了跨越能力的进一步提高。拉索因为轻、柔和低阻尼的特性,在风、雨和地震等荷载作用下,容易发生各种振动。当激励频率和索基频满足一定关系时,拉索可能发生参激振动,此时结构的微小振动会激发拉索的大幅度剧烈振动,进而对结构的安全性和耐久性造成很大危害。同时,作为一种新型大跨空间结构体系,其动力稳定性的研究远未达到与静力性能研究同等水平。因此开展拉索预应力巨型网格结构的参激振动及动力稳定性的研究,对于其实际应用具有重要的意义。本文主要研究工作如下:(1)提出了索-拱简化模型,建立了索-拱的振动微分方程,分析了拉索预应力巨型网格结构拉索参激振动的诱发机制。(2)基于有限元方法,研究了拉索预应力桁架拱在简谐激励下的参激振动响应,并分析了激励幅值、拉索初张力、阻尼比及结构支承方式对参激振动的影响。(3)根据本文提出的动力稳定性判断准则,研究了拉索预应力桁架拱在简谐荷载作用下的动力稳定性,分析了结构矢跨比、跨度和拉索参激振动对结构动力稳定性的影响。在竖向简谐荷载作用下,不同结构参数的桁架拱表现为动力强度破坏;在水平简谐荷载作用下,不同矢跨比的桁架拱表现为动力失稳破坏,跨度较小的结构表现为动力强度破坏。参激振动不改变结构的失效模式,但由于拉索发生参激振动时,索的拉力会急剧增大,导致结构局部杆件内力增大,相同激励水平下,相对未发生参数振动时,结构塑性发展程度更大,位移更大。(4)对简谐荷载作用和罕遇地震作用下拉索预应力巨型网格整体结构的动力稳定性进行分析,并研究了结构主要参数对其动力稳定性的影响。结果表明在水平简谐激励作用下,结构容易出现动力失稳破坏,在竖向简谐荷载作用下,容易出现动力强度破坏;三向EL-Centro波和Taft波作用下,拉索预应力巨型网格结构的失效模式均为动力强度破坏,当结构跨度越大时,结构表现出动力强度破坏的特征;矢跨比对结构动力稳定性影响不大,不同矢跨比的结构均表现出动力强度破坏的特征。
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