大跨度斜拉立體桁架的靜動力非線性分析.pdf

1、大跨度斜拉立體朽架是由斜拉索、立體析架和塔柱三部分組合而成的結(jié)構(gòu)體系，造型輕巧優(yōu)美，與斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)桿件較少，節(jié)點少，施工吊裝比較容易，是一種有發(fā)展前途的大跨度雜交結(jié)構(gòu)體系。
　　 本文基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本原理，論述了結(jié)構(gòu)幾何非線性分析理論，討論了U.L格式與T.L格式的異同。基于U.L格式，給出了空間桿單元、空間梁單元和索單元的切線岡lj度矩陣。
　　 探討了大跨度斜拉立體析架結(jié)構(gòu)體系的合理形式，包括精架

2、的截面形式、斜拉索的布置形式以及塔柱的形式，探索了斜拉立體隋架比較常用的兩塔柱三跨和一塔柱兩跨兩種結(jié)構(gòu)體系的計算模型以及在豎向靜荷載作用下的位移和內(nèi)力特征規(guī)律，分析了大跨度斜拉立體析架設(shè)計中的重要參數(shù):如拉索間距、塔柱高度、塔柱剛度、析架高度和拉索岡lJ度等對結(jié)構(gòu)的靜力特性的影響，得出一些重要結(jié)論為初步設(shè)計提供參考。
　　 分析了結(jié)構(gòu)產(chǎn)生幾何非線性的原因，對兩種結(jié)構(gòu)體系幾何非線性影響程度進(jìn)行了深入分析。分別考慮大位移、垂度效應(yīng)以

3、及同時考慮大位移和垂度效應(yīng)的幾何非線性分析表明，對于析架內(nèi)力，拉索垂度效應(yīng)的影響比大位移效應(yīng)的影響大。斜拉索不論在何種非線性情況下，非線性影響都很小?？偟膩碚f，析架軸力和塔柱彎矩的非線性效應(yīng)相對比較明顯。
　　 對兩種結(jié)構(gòu)體系采用平面和空間兩種模型進(jìn)行了線性、幾何非線性、材料非線性和雙重非線性極限承載力分析，分析結(jié)果表明，用線性分析和僅考慮幾何非線性的方法會過高估計結(jié)構(gòu)的極限承載能力。幾何非線性的影響并不十分明顯，結(jié)構(gòu)實際的極限

4、承載能力主要由材料非線性來控制。另外還分析了塔柱高度、析架高度、索距、拉索剛度和預(yù)張力對極限承載能力的影響，進(jìn)一步討論該結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性能。研究發(fā)現(xiàn)索距對結(jié)構(gòu)的極限承載力影響最大，索距減小，極限承載能力明顯提高。
　　 研究了預(yù)張力的確定問題以及預(yù)張力對結(jié)構(gòu)性能的影響。首次提出了予刃立力斜拉結(jié)構(gòu)拉索卸除后的迭代法，推導(dǎo)了迭代公式。該法避免了結(jié)構(gòu)重分析，整個迭代過程是在原結(jié)構(gòu)剛度變化所牽涉到的節(jié)點自由度范圍內(nèi)進(jìn)行的，計算量大大地減

5、小。該法不僅適用卸除任何一根索，而且適用于同時卸除多根索。
　　 本文通過對結(jié)構(gòu)自振特性的分析可知，該結(jié)構(gòu)自振周期較長，頻譜比較密集。采用振型分解反應(yīng)譜法分析時，應(yīng)采用CQC振型組合法，宜取20階振型參與組合。探索了各重要參數(shù)對自振特性的影響。采用振型分解反應(yīng)譜法和時程分析法，研究在水平地震作用下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特點，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)在大震作用下彈塑性地震反應(yīng)計算，分析了彈塑性變形，找到結(jié)構(gòu)的薄弱部位，為該結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計提供依據(jù)。<

6、br>　　 本文選擇了有代表性的豎向地震波，進(jìn)行了時程分析，同時又進(jìn)行了豎向反應(yīng)譜分析，兩種方法分析結(jié)果基本一致。研究了大跨度斜拉立體析架在豎向地震作用下內(nèi)力系數(shù)的大小及其分布規(guī)律，并歸納總結(jié)出了豎向地震內(nèi)力系數(shù)表，研究中發(fā)現(xiàn):豎向地震內(nèi)力系數(shù)除與場地和烈度有關(guān)外，還與該體系的結(jié)構(gòu)形式和跨度有關(guān)，這對大跨度斜拉立體精架這種新型結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計具有重要的指導(dǎo)作用。
　　 最后，對研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并指出了進(jìn)一步研究中需解決的