風(fēng)作用下大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)參數(shù)振動及其模態(tài)躍遷研究.pdf

1、大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用較為廣泛的剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)體系之一。然而隨著跨度的不斷增大，斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的風(fēng)致敏感特性越為突出，整體結(jié)構(gòu)的動力特性也越為復(fù)雜，主要表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動具有明顯的幾何非線性特征，同時(shí)伴有拉索的參數(shù)振動行為，這種振動特性會改變拉索對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)彈性支承的作用，繼而會引發(fā)結(jié)構(gòu)的模態(tài)躍遷現(xiàn)象。在以上突出問題中，拉索的參數(shù)振動問題，雖然得到了越來越多學(xué)者的關(guān)注，但以往的研究，多數(shù)采用單索模型，或者僅考慮其中兩者（如拉索-空間結(jié)

2、構(gòu)、塔柱-拉索）進(jìn)行建模，且這些研究絕大多數(shù)是進(jìn)行解析分析和數(shù)值求解，其結(jié)果缺少相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，尤其缺少耦合模型參數(shù)振動的試驗(yàn)研究。而對于拉索參數(shù)振動所導(dǎo)致的模態(tài)躍遷特性，目前還未見有文獻(xiàn)進(jìn)行報(bào)道。
　　綜上，區(qū)別于已有文獻(xiàn)采用單一手段針對單一問題的研究，本文以數(shù)值分析、模型試驗(yàn)和有限元仿真為手段，對塔柱-拉索-屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合建模，研究風(fēng)作用下大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)參數(shù)振動和模態(tài)躍遷等一系列關(guān)鍵問題，包含以下幾方面內(nèi)容：
　　(

3、1)大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的研究。大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)分析，首要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是風(fēng)速時(shí)程的模擬。本文采用線性濾波器中的自回歸AR模型來進(jìn)行風(fēng)速時(shí)程的模擬，著重解決影響算法精度和可靠性的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，并進(jìn)行程序編制。獲得風(fēng)荷載之后，采用精細(xì)積分法進(jìn)行動力方程的響應(yīng)求解。
　　(2)大跨斜拉結(jié)構(gòu)參數(shù)振動的數(shù)值分析。由于塔柱、拉索、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在振動過程中自振形態(tài)間會相互影響，本文采用彈簧構(gòu)件來模擬塔柱頂端的振動，以懸臂梁構(gòu)件模擬屋蓋

4、結(jié)構(gòu)，建立彈簧-拉索-懸臂梁的精細(xì)化振動模型，推導(dǎo)考慮拉索垂度效應(yīng)和不考慮拉索垂度效應(yīng)時(shí)的精細(xì)化模型耦合運(yùn)動方程，并采用自適應(yīng)Runge-Kutta算法求解此方程，研究在考慮垂度效應(yīng)和不考慮垂度效應(yīng)情況下的拉索參數(shù)振動特性及各種影響因素的作用規(guī)律。此外，依據(jù)伽遼金原理定義振型影響系數(shù)，來探討性研究拉索高階振型對參數(shù)振動的影響。
　　(3)大跨斜拉結(jié)構(gòu)參數(shù)振動的模型試驗(yàn)研究。依據(jù)數(shù)值分析部分所闡述的精細(xì)化模型，設(shè)計(jì)制作了彈簧-拉索-

5、懸臂梁模型，研究實(shí)際物理模型結(jié)構(gòu)的振動特性及其發(fā)生參數(shù)振動的條件，并對拉索參數(shù)振動各種影響因素的作用規(guī)律進(jìn)行模型試驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)一步研究多根索共同斜拉懸臂梁結(jié)構(gòu)時(shí)，拉索的參數(shù)振動特性，并與單索斜拉懸臂梁結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)振動結(jié)果進(jìn)行比對分析，以考察實(shí)際結(jié)構(gòu)中多根索斜拉屋蓋結(jié)構(gòu)共同作用下是否仍會發(fā)生參數(shù)振動現(xiàn)象。
　　(4)大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)參數(shù)振動的有限元仿真研究。對大跨、復(fù)雜結(jié)構(gòu)靜、動分析時(shí)，有限元仿真技術(shù)因具有高效性、可重復(fù)性和低成本的

6、特點(diǎn)而成為一種重要的手段。本文以某大跨斜拉單層扇貝網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為例，對大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在有限元建模過程中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行探討。之后，研究該結(jié)構(gòu)中拉索的參數(shù)振動特性和各種影響因素的作用規(guī)律，并對試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭欣鞯膮?shù)振動現(xiàn)象進(jìn)行有限元仿真分析。
　　(5)大跨斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模態(tài)躍遷的理論分析。由于拉索的參數(shù)振動會實(shí)時(shí)地改變網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在拉索位置處的支承邊界條件和受力情況，會對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動力特性產(chǎn)生影響，該影響可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的模態(tài)躍遷現(xiàn)象。在已有矩