張拉整體結(jié)構(gòu)的靜動力特性及抗震、抗風(fēng)研究.pdf

1、張拉整體結(jié)構(gòu)是上世紀(jì)四十年代提出的一種新型結(jié)構(gòu)體系，它是由連續(xù)的拉索和不連續(xù)的壓桿組成的應(yīng)力自平衡、自支撐的空間網(wǎng)格體系。如今，張拉整體體系已經(jīng)成為空間結(jié)構(gòu)最前沿的課題之一，引起全世界范圍內(nèi)研究者的廣泛關(guān)注。本文研究了張拉整體結(jié)構(gòu)在靜載作用下的受力性能，地震作用下的響應(yīng)分析以及其在風(fēng)荷載作用下的風(fēng)振響應(yīng)分析，并提出了可供設(shè)計參考的風(fēng)振系數(shù)取值。
　　本文主要進(jìn)行了以下幾方面的工作：
　　1．考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性，通過勢能駐值

2、原理建立張拉整體結(jié)構(gòu)的有限元基本方程。在張拉整體結(jié)構(gòu)基本假定基礎(chǔ)上，利用有限元基本方程編制了張拉整體結(jié)構(gòu)初始形態(tài)分析的非線性有限元程序，針對基于四棱柱體單元的張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得到了各構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力比的合理取值。對于張拉整體結(jié)構(gòu)而言，一個合理的平衡幾何態(tài)通常都有與之對應(yīng)的一組或多組預(yù)應(yīng)力態(tài)。
　　2．應(yīng)用張量表示方法，通過修正的拉格朗日方程推導(dǎo)了考慮位移高階項影響的張拉整體結(jié)構(gòu)的單元剛度矩陣，得到桿單元的增量平衡方程，建立靜力

3、分析的基礎(chǔ)，研究了平板型和柱殼型張拉整體結(jié)構(gòu)的靜力性能，通過對平板型和柱殼型張拉整體結(jié)構(gòu)在滿跨均布豎向荷載作用下的非線性有限元計算，研究了張拉整體結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線及其構(gòu)件應(yīng)力隨荷載的變化規(guī)律，分析了預(yù)應(yīng)力、單元高度、結(jié)構(gòu)跨度和矢跨比等參數(shù)對結(jié)構(gòu)的整體剛度和失效荷載的影響規(guī)律。
　　3．從適合張拉整體結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用的角度出發(fā)，考慮預(yù)應(yīng)力分布狀態(tài)及其最優(yōu)的構(gòu)件截面分布二者的相互影響與制約情況，應(yīng)用遺傳算法對平板型和柱殼型張拉整體結(jié)構(gòu)

4、進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計研究，提出了可供實際應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力與構(gòu)件截面的關(guān)聯(lián)優(yōu)化設(shè)計方法。
　　4．分別分析了平板型和柱殼型張拉整體結(jié)構(gòu)的自振特性，以及頻率隨預(yù)應(yīng)力的變化規(guī)律。采用時程分析法研究結(jié)構(gòu)在八度多遇地震下的動力響應(yīng)，研究表明兩種張拉整體結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。分析了在地震的作用下，結(jié)構(gòu)最大位移、最大內(nèi)力值、節(jié)點(diǎn)位移時程曲線和桿件、索的內(nèi)力時程曲線。比較了在不同地震動的作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。結(jié)果表明：在合理的索、桿截面及索初始預(yù)應(yīng)力的條件下