大跨度索結(jié)構(gòu)的動力分析與回傳波射矩陣法的應(yīng)用.pdf

1、本文的研究工作分為兩部分。 第一部分：大跨度索結(jié)構(gòu)的動力分析。大跨索膜張拉結(jié)構(gòu)(如拉索屋面、拉索塔桅、懸索橋等)作為現(xiàn)代化的新興結(jié)構(gòu)已成為大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。這類柔性結(jié)構(gòu)的一個顯著特點是，索不具有彎曲剛度，結(jié)構(gòu)對外荷載的抵抗是通過改變自身形狀來實現(xiàn)的。所以結(jié)構(gòu)的變形比較明顯，而且結(jié)構(gòu)剛度與變形相關(guān)，表現(xiàn)出明顯的強幾何非線性特點，此外這類屋蓋結(jié)構(gòu)的重量通常都比較輕。這些特點決定了張拉結(jié)構(gòu)對風荷載的作用十分敏感，風是起決定性作用

2、的外荷載。在風荷載作用下易產(chǎn)生較大的振動和變形，最易產(chǎn)生旋渦脫落共振響應(yīng)和空氣動力失穩(wěn)，其中橫風向振動是主要的振動方向。這類災(zāi)難國內(nèi)外已發(fā)生多起，引起了國內(nèi)外學者嚴重的注意。 鑒于這類結(jié)構(gòu)風致動力響應(yīng)問題的研究至今還十分薄弱，本文在前人工作的基礎(chǔ)上對其進行了更深入的分析、研究和發(fā)展，具體內(nèi)容包括在非線性結(jié)構(gòu)的等效線性化、橫風向旋渦脫落共振響應(yīng)與空氣動力失穩(wěn)的規(guī)律和計算公式等方面，最終為實現(xiàn)工程的實用化打下基礎(chǔ)。 建立了振

3、動過程中的彈性模量修正公式(動力等效模量)，即動力分析問題中的Ernst等效彈性模量修正公式(其在拉索屋面、懸索橋等索的靜力位移修正中廣泛使用)，為非線性結(jié)構(gòu)動力分析的等效線性化打下了理論基礎(chǔ)。 在利用時程分析方法進行大量試算，并通過曲線擬合找出了線性結(jié)構(gòu)與非線性結(jié)構(gòu)之間橫風向旋渦脫落共振時的風速差(或旋渦脫落周期差EA/L)與索截面特性△Ts的曲線關(guān)系，確定了非線性結(jié)構(gòu)等效線性化后的頻率或周期誤差修正范圍值。 深入分析

4、了索穹頂結(jié)構(gòu)的橫風向旋渦脫落共振特性，以線性二力拉桿取代其中部分索單元，索垂度引起的非線性位移由作者建立的動力等效模量加以修正。 深入分析了索穹頂結(jié)構(gòu)的空氣動力失穩(wěn)(橫風向馳振)特性，以線性二力拉桿取代其中部分索單元，索垂度引起的非線性位移由作者首次建立的動力等效模量加以修正。 第二部分：回傳波射矩陣法應(yīng)用于突加位移梁的瞬態(tài)動力響應(yīng)分析?；貍鞑ㄉ渚仃嚪?MethodofReverberationMatrix)是近幾年來由

5、Y.H.Pao等人新發(fā)展的用波傳播方法求桿系結(jié)構(gòu)瞬時動力響應(yīng)的解析方法。它先利用傅立葉變換，將波動方程變換到頻率域中，以構(gòu)件端點處離開波和到達波的振輻為基本未知量，其它響應(yīng)以基本未知量表示。通過節(jié)點位移協(xié)調(diào)條件和力的平衡條件形成局部散射矩陣，組裝成總體矩陣后求出基本未知量，然后利用傳播矩陣就可以計算出構(gòu)件中任一點處的波形，將該點處的所有波形疊加即可求出構(gòu)件中該點處的位移及應(yīng)變等瞬態(tài)響應(yīng)解。 分析了單根鋁梁和單根鋼梁，假設(shè)其端點受