輪輻式索膜結(jié)構(gòu)損傷情況下的動力性能研究.pdf

1、輪輻式索膜結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、受力合理、跨越跨度大等優(yōu)點。該結(jié)構(gòu)由內(nèi)環(huán)索、徑向索(脊索、谷索)和壓環(huán)等構(gòu)件組成,索系預(yù)應(yīng)力水平及應(yīng)力分布對整個結(jié)構(gòu)的剛度和受力性能起著至關(guān)重要的作用。由于施工偏差、荷載及環(huán)境等因素的影響,會導(dǎo)致拉索應(yīng)力分布不均勻、預(yù)應(yīng)力松弛、連接節(jié)點銹蝕等損傷,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力性能發(fā)生明顯變化,在地震、颶風(fēng)等偶然荷載作用下產(chǎn)生潛在的破壞危險。因此,對該類結(jié)構(gòu)開展損傷情況下的動力性能研究十分必要。
　　論文以世紀(jì)蓮體育

2、中心為背景,通過定性模型試驗測試、有限元模擬分析等手段,對輪輻式索膜結(jié)構(gòu)損傷情況下的風(fēng)致振動、抗震性能和抗倒塌性能進行深入研究,取得了以下幾個方面的創(chuàng)新性研究成果:
　　(1)在風(fēng)洞試驗測試基礎(chǔ)上,根據(jù)逆傅立葉變換技術(shù)和頻率雙索引概念,在諧波合成法的基礎(chǔ)上,借助Matlab程序,構(gòu)造本結(jié)構(gòu)120個節(jié)點的脈動風(fēng)速時程,通過ANSYS有限元程序建立結(jié)構(gòu)的有限元模型,將構(gòu)造的脈動風(fēng)速時程施加于結(jié)構(gòu)模型上,分析索松弛損傷情況下結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振

3、動情況。得到了風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的基本規(guī)律以及損傷情況下結(jié)構(gòu)的敏感風(fēng)向角(63°和135°風(fēng)向角);得到了結(jié)構(gòu)整體動力放大系數(shù)的分布規(guī)律,認(rèn)為由風(fēng)洞試驗確定的壓力分布系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)宜乘以結(jié)構(gòu)損傷動力調(diào)整系數(shù)(取值為1.1),以防止索系預(yù)應(yīng)力松弛或分布不均勻帶來的結(jié)構(gòu)動力效應(yīng)放大,同時給出了結(jié)構(gòu)損傷情況下動力放大系數(shù)計算公式。
　　(2)在以上有限元模型基礎(chǔ)上,分析了輪輻式索膜結(jié)構(gòu)的動力特性和損傷情況下的抗震性能。結(jié)果表明:該

4、結(jié)構(gòu)自振頻率較低,頻譜集中,頻率跳躍現(xiàn)象不明顯,結(jié)構(gòu)動力特性復(fù)雜,且結(jié)構(gòu)模態(tài)質(zhì)量參與系數(shù)與考慮的振型階數(shù)有關(guān);為保證各方向的模態(tài)質(zhì)量參與系數(shù)達到90％以上,建議反應(yīng)譜分析時,其振型取到140階以上;不同類型地震波作用下本結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)差別不大,地震分析時可考慮只采用一種地震波進行,但不同方向及多維組合作用對結(jié)構(gòu)的危害主次不明顯,應(yīng)受到同樣的關(guān)注;索松弛情況下,設(shè)計地震作用的內(nèi)力和位移反應(yīng)均有可能大于本地區(qū)設(shè)計風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng),結(jié)構(gòu)

5、設(shè)計時應(yīng)分別進行整體結(jié)構(gòu)地震作用和風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力分析。
　　(3)按1:60的縮尺比例制作定性模型,進行靜力性能試驗和數(shù)值分析,得到了結(jié)構(gòu)損傷情況下的力學(xué)反應(yīng)和響應(yīng)規(guī)律。分析表明:索松弛對結(jié)構(gòu)的整體剛度和屈服荷載影響較小,但對結(jié)構(gòu)的極限荷載和耗能能力影響較大;壓環(huán)、腹桿等的剛度對結(jié)構(gòu)的極限荷載和耗能能力影響較大,通過擬靜力分析,得到了此類結(jié)構(gòu)上壓環(huán)、腹桿、下壓環(huán)、柱之間的合理剛度比:1:1.2:1.3:4.8。
　　(4

6、)對定性模型進行動力損傷測試,并對原型結(jié)構(gòu)進行抗倒塌數(shù)值分析,研究了局部索破壞對結(jié)構(gòu)性能的影響。分析表明:動力測試設(shè)備無法精確靈敏地捕捉結(jié)構(gòu)密集的頻率,通過動力特性測試來監(jiān)測本結(jié)構(gòu)損傷、判斷結(jié)構(gòu)損傷程度和損傷部位非常困難;輪輻式索膜結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的重要性由小到大依次為懸掛索、腹桿、下壓環(huán)、上壓環(huán)、墩柱、分叉索、脊索、谷索、內(nèi)環(huán)索;重要構(gòu)件斷裂造成的破壞程度由輕到重依次為一根谷索斷裂、一根脊索斷裂、兩根相鄰谷索斷裂、兩根相鄰脊索斷裂、墩柱斷