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随着社会、经济与文化的发展及工业生产、体育、文化展览事业的进步,大跨空间结构得到了广泛的应用。而实际工程数量的增多,驱使空间结构的形式多样化,其相应的理论研究和设计技术也逐步完善。拱式结构是大跨度空间结构中的重要组成部分,但纯拱结构自身存在着种种缺陷。因此,研究新式索-拱结构的受力性能特征,提出相应的改进形式及构造措施,具有重要的理论意义及实用价值。
本文提出一种新式的索-拱组合结构,利用通用有限元软件SAP2000进行仿真分析。首先,进行静风作用分析,讨论其在静风作用下的结构受力机理和特点进行分析。其次,应用时程分析法,研究该种空间结构形式中斜拱与地面的倾角、结构的截面尺寸等参数对结构的动力特性、地震响应的影响。最后,讨论了该种结构形式在罕遇地震下的性能,并根据结构的主要构件的塑性损伤情况和整体变形情况,指出结构的薄弱环节。
通过分析,本文得到了以下结论:(1)静风分析结果表明,该种结构其拱圈与地面倾角最佳值为45°左右。(2)模态分析结果表明,当拱圈与地面的倾角减小、或者结构的截面尺寸加大,都将增大其短轴方向的刚度。(3)多遇地震反应谱分析表明,当结构拱圈与地面的倾角变小时,结构的内力与位移响应减小。(4)对比静风反应与多遇地震反应结果,发现风荷载对结构起控制作用。(5)在罕遇地震作用下,结构的拱圈交汇处会形成塑性铰,首先发生破坏。结构的拱圈交汇处是结构的薄弱处,故而需要加强。通过本文的研究,对该种大跨索-拱结构的受力特性有了更进一步的认识,为将来的工程设计提供一定的参考依据。