索穹頂結(jié)構(gòu)抗震性能與設(shè)計方法研究.pdf

1、索穹頂結(jié)構(gòu)是由拉索、壓桿及膜材組成的自應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系，是最近十幾年發(fā)展起來的一種新型的空間結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)體系具有受力合理、自重輕、跨度大和結(jié)構(gòu)形式美觀獨(dú)特等特點(diǎn)，是一種結(jié)構(gòu)效率極高的張力體系。對于這種新穎的柔性結(jié)構(gòu)體系如何利用既有的抗震設(shè)計理論來進(jìn)行分析，這個問題始終是結(jié)構(gòu)工程界關(guān)心的重要內(nèi)容之一。由于當(dāng)前的設(shè)計規(guī)范或規(guī)程沒有對此進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定，而日新月異的實際工程建設(shè)又迫切需要解決這一工程問題，這對結(jié)構(gòu)工程師提出了嚴(yán)峻考驗和重大

2、挑戰(zhàn)。 本文首先簡單回顧了索穹項結(jié)構(gòu)和抗震設(shè)計方法的發(fā)展歷程、工程實踐和研究現(xiàn)狀，指出了本文的選題背景，明確了論文主要的研究內(nèi)容。 本文以常用的索穹頂結(jié)構(gòu)形式作為算例，充分考慮結(jié)構(gòu)本身的對稱性，從平衡矩陣?yán)碚摮霭l(fā)，運(yùn)用奇異值分解法和整體可行預(yù)應(yīng)力概念并結(jié)合優(yōu)化手段討論了Geiger、Levy和Kiewitt三類不同索穹項結(jié)構(gòu)的初始預(yù)應(yīng)力的確定問題，并采用非線性有限元方法，利用迭代技術(shù)修正了考慮結(jié)構(gòu)自重后的真實初始預(yù)應(yīng)力的

3、分布情況。 在初始位形和初始預(yù)應(yīng)力確定的前提下，本文運(yùn)用結(jié)構(gòu)動力分析的基本理論和當(dāng)前常用計算方法，研究了索穹頂結(jié)構(gòu)的自振特性，討論了矢跨比、初始預(yù)應(yīng)力、桿件特性、外荷載等效質(zhì)量和結(jié)構(gòu)阻尼比等計算參數(shù)對其自振特性的影響。 本文對索穹頂結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了振型分解反應(yīng)譜分析，著重討論了不同組合方法對結(jié)構(gòu)計算結(jié)果帶來的影響及場地類型、阻尼比、矢跨比、初始預(yù)應(yīng)力、外荷載等效質(zhì)量等不同初始計算條件下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。同時考慮結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力效應(yīng)

4、、幾何非線性和材料特性對索穹項結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多遇和罕遇地震作用下的抗震時程分析，比較了不同激勵方向及不同地震強(qiáng)度作用下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，并探討了索穹頂結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的破壞機(jī)理。 基于不同抗震計算方法下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，本文比較了采用不同計算方法帶來的差異并繪制了各種計算結(jié)果的相對比值曲線，通過這些比值在不同區(qū)間的分布概率及規(guī)律，提出了由計算方法的不同所導(dǎo)致的計算結(jié)果的合理比值倍數(shù)，并深入了解了三類索穹頂結(jié)構(gòu)采用不同的抗震計算方法可能導(dǎo)