索膜结构的动力分析.pdf

华中科技大学硕士学位论文 2========—=;====—=—==——=====一== 摘要/索膜结构因其简洁、优美的曲线造型和卓越的光学、力学、保温、耐火、防水和自洁等性能被赞誉为二十一世纪的建筑。它应用广泛,适合于体育场馆、文化娱乐建筑、商业建筑、交通工程建筑以及城市广场布景等等。索和膜是索膜结构的主要受力构件,由于这两种材料的特性,使索膜结构在荷载作用下,具有小应变大变形的特点,是典型的几何非线性结构。目前,关于其静力性能的研究已经得到了全面的开展,但是对于其动力性能的研究相对来说还很欠缺,特别是关于地震作用下的动力性能的研究,至今国内鲜有讨论。显然,作为柔性结构体系,索膜结构在风、地震等动荷载的作用下会有更大的反应,其动力性能应该得到更多的考虑。所以, 本课题的开展是具有实际意义的。,/7 / 本文以非线性有限元法为基础,针对索膜结构不同于传统结构形式的分析特点, 分三步开展索膜结构的动力特性研究。首先采用基于非线性有限元技术的温度荷载法对索膜结构进行初始形态分析,通过计算实例验证了该方法的可行性;然后在初始平衡形态的基础上,对索膜结构进行自振特性分析,以了解索膜结构的自振频率和基本振型的特点;最后,采用时程分析法对索膜结构进行地震荷载作用下的非线性动力分析,以全面了解结构的动力性能。(受武汉体育中心发展有限公司及武汉市建筑设计院委托,本文以武汉体育中心索膜结构挑蓬为分析对象,在其初始形态分析的基础上,采用时程分析法,对其进行地震荷载作用下的动力性能研究,以深入的了解该结构体系的动力特性。通过计算得到,索膜结构的自振频率密集,振型复杂,表现为水平和竖向振动的多种组合,以竖向振动为主;其在动荷载(地震力)作用下将会有较大的反应,主要表现在竖向位移和主应力的变化。其中,索膜结构的预应力分布在动力荷载作用下将会有较大的波动,反应了索膜结构通过自身内力重分布来平衡外荷载的特性。/ 华中科技大学硕士学位论文关键词:索膜结构. 有限元几何非线性初始形态分菥j 动力分析时程分析÷ ———————————————————————————————————————一 II 华中科技大学硕士学位论文—————≈——————————————————————一 ABSTRACT Cable-membrane structure ispraised asthe 21thcentury’S architecture because ofit’s cornpact andgraceful curved sculpt,superexcellent capability ofoptics,mechanics,heat preservation,heat—resistant,waterproof and 'sapplication isbroad,be fitfor gymnasium,entertainment architecture,business architecture,transportation architecture, city’S scene and SO andmembrane arcprimary ponent of cable—membrane structure,because of the property of cable and membrane, Cable。membrane structure hasthecharacteristicofsmallstrainandlargedisplacement,is typicalgeometrical non·linearity present,the research ofcable-membrane structure’Sstaticproperty hasbeendeveloped roundly,correspondingly,the researchofit’S dynamic property isSCarCe,specially theresearch ofearthquake loadinganalysis isshort ofdiscussion ,as the flexible structuresystem,cable—membrane structure willhave bigger response by thedynamic load as wind andeanhquake,it’S dynamic property should havemuch ,it ispracticalsignificance