张拉整体结构静力特性及地震响应分析

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张拉整体体系是近些年来在国外迅速发展起来的空间结构体系,其最初概念的提出是Fuller基于宇宙自然规律的构想。所谓张拉整体体系就是一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承,自应力的空间平衡体系。这种结构体系的刚度由受拉索和受压单元之间的平衡预应力提供,在施加预应力之前,结构几乎没有刚度,并且初始预应力的值对结构的外形和结构刚度的大小起着决定作用。因其优良的空间受力性能,吸引着越来越多世界各国学者和研究人员的关注。目前我国对这种新型结构形式的研究尚未展开。为此,本文在参阅国内外文献的基础上,对张拉整体结构体系基本静力性能、动力性能及地震响应等问题进行了系统研究,为将来指导工程奠定了基础。论文主要工作有:  介绍了张拉整体体系在国内外的研究发展的历程和现状,总结了这一类体系的结构特征。  利用大型有限元分析软件 ANSYS分别对张拉整体平板网架结构和张拉整体柱壳结构,进行了静力参数分析。考虑了钢杆件截面、索截面、索初始预应力、结构高跨比以及荷载分布形式等参数在常用范围内的变化情况,分析了结构单元最大内力和节点最大位移的变化规律。结果表明:钢杆件截面、索截面、索初始预应力等参数对结构静力性能的影响是相关的,合理选择三者之间的比例关系可使结构受力性能达到最佳状态。  在静力分析的基础上对张拉整体平板结构和张拉整体柱壳结构的自振特性进行了分析。作为柔性结构体系,张拉整体结构的自振频率较大,频率较密集,既有竖向振动、水平振动又有扭转振动,自振特性复杂。  采用非线性时程分析方法研究结构在8度常遇地震下的动力响应。分析了在三维地震动的作用下,结构最大位移、最大内力值、部分节点位移时程曲线及部分杆件、拉索的内力时程曲线;比较在不同地震动的作用下结构的响应。结果表明:在合理的索、杆截面及索初始预应力的条件下,不会出现拉索因松弛而退出工作,压杆内力发生反号的情况。在不同地震动作用下结构响应差别不大,内力分布情况基本相同。
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