索网结构非线性振动有限体积法分析（可复制毕业论文）.pdf

索网结构非线性振动有限体积法分析摘要本文仅考虑索元的轴向变形,采用一种新的数值方法——有限体积法进行索索网具有质量轻、柔性大、阻尼低等特点,在正常工作情况下多处于大位移、小应变的变形状态,对低频荷载如风荷载等较为敏感。因此索网在一般荷载下的变形和振动问题便是一个较为复杂的几何非线性问题。网的大挠度负畏窍咝静力分析和动力特性分析。本文首先建立了索网沿索方向的有限体积离散格式,在变形后的构形上按工程方法求得了应变,并进一步得到了应变能和动能的计算式;再根据原理导出了索网大挠度振动的有限体积离散方程,推出了索网在预应力条件下的整体节点力向量、质量矩阵和切线刚度矩阵。利用实现了非线性方程组的求解。该列式的一个显著特点是直接利用工程应变定义结构变形,其物理意义明确,最终列式比较简单,适用于各种垂度和荷载情况的索网大挠度静力和动力特性分析。作为算例,本文首先利用有限体积法对一个典型索网在预应力以及竖向荷载作用下的面外大挠度进行了实例数值计算,计算结果与其它算法得到的结果作了比较;接着对典型索网进行了动力特性分析,求得了索网在不同状态和不同预应力情况下的固有振动频率,并对计算结果进行了分析和比较;最后还对索网在风荷载作用下的竖向和侧向位移作了计算。结果分析表明有限体积法不仅具有较好的计算精度,而且具有较高的计算效率。关键词:索网,有限体积法,大挠度,几何非线性,自由振动,振动特性浙江大学硕:罕弦德畚
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——双曲抛物面,双曲抛物面索网各钢索受力均匀,计算也较简单。对于其它刊‘能成为承受外荷的结构。因此,在结构的内力——变形分析之前,必须根据外索网结构是最古老的结构形式之一,作为承重结构有着悠久的历史。其受力合理,充分利用了材料强度,耗钢量少,施工比较方便,便于建筑造型。索网结构在国外得到了广泛的应用和发展,在我国也日益受到重视。索网是由相互正交、曲率相反的两组钢索直接叠交而形成的一种负高斯曲率的曲面索网结构。两组索中,下凹的承重索在下,,索网周边悬挂在强大的边缘构件上,最终形成有一定承重能力的索网结构。索网曲面的几何形状取决于所覆盖的建筑物平面形状、支承结构形式、预应力的大小和分布以及外荷作用等因素。可以把预应力索网视为一张网式蒙皮。它可以覆盖任意平面形状,绷紧并悬挂在任意空间的边缘构件上。因而索网结构的曲面几何形状因上述各种条件而异,可以说是千姿百态,丰富多采。当建筑物平面为矩形、菱形、圆形、椭圆形等规则形状时,鞍形索网有可能作成较简单的曲情况的索网一般都难以作成双曲抛物面的形状,甚至在很多情况下,其曲面不能用函数进行表达。索网结构与一般的刚性结构不同。刚性结构的传统分析方法是在己知结构曲面形状的基础上进行的。对于柔性索网结构,在没有施加预应力以前没有刚度或刚度很小,必须通过施加适当预应力赋予一定的形状,使结构具有一定的刚度,形要求和索力分布比较均匀的原则,寻求结构在一定边界条件下张力平衡可能形状,及索网结构必须进行初始平衡状态确定分析,也称为初始形状判定分析。浙江大学硕士毕业论文
的难度,也增加了造价,所以一般在工程中很少使用。等均采用了索网屋盖结构。索网结构便于建筑造型,适应于各种各样的平面图形索网的刚度受多种因素影响,如下:索网的曲率。曲面曲率越大,刚度越大,具有越大的颤振抵抗力。所以马鞍形索网的屋面高度差和帐篷形索网的桅杆高度必须足够大,以形成所需的索网刚度。预应力施加程度。预应力施加越大,刚度越大,具有越大的颤振抵抗力。但随着预应力的增加,索、索端头尺寸及锚固尺寸也必然随之增大,这样将增加造价。索截面。其它条件不变的条件下,索截面越大结构刚度越大。边界及支承结构体系的刚度。边界和支承结构刚度越大,索网刚度越大。上述因素是互相影响的。一般而言,对于刚性边界,单根索的垂度和反垂度达到跨度的ァ%就可以形成具有足够刚度的索网了。但对于粗索形成的软边界,大约需要%左右的单索垂度和反垂度。这样,如果屋面跨度很大,边界高差一般很难满足简单马鞍形索网所要求的垂度和反垂度,在这种情况下必须采用复合形马鞍索网。同样,如果需要覆盖较大的场地,也可采用复合形马鞍索网。索网结构除了最简单的双向网格外,还有三向网格甚至四向网格。三向网格本身是几何不变的,所以仅用于要求形状不变的旋转曲面,如冷却塔。最大的这样的结构是建于年、毁于年的德国冷却塔“H蚝退南蛲窠现蛲瘢蟠笤黾恿松杓啤⒐乖旌驮びα〖杭实际工程中一般要求索网网格均匀布置,即在施加预应力前,网格间索段长度相等,这样可以使索的放样和放置非常容易。如果设计要求直径较大的索,也可改由较细的双索代替单索以满足要求。同粗索相比,细索的节点