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大跨度空间

发布时间:2021/2/20

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随着科技水平的提高,我国空间结构理论分析近年来得到了长足的发展,计算方法由连续化分析到离散化分析,由近似计算到精确分析,由等效静力分析到直接动力分析,由线性分析到非线性分析。研究方法向理论、试验与大量计算机分析相结合的方向发展。




1、研究手段的进展

结合具体工程进行了大量的试验研究,其中包括了悬索、网架、网壳、组合结构和张拉整体等各类空间结构。编制了大量的计算程序对各类空间结构体系进行计算分析,揭示了各种新型结构动力特性与地震反应特点及随参数变化的规律。给出了各类空间结构的响应规律,试验结果与计算分析值基本得到相互验证,新的研究成果使得新结构、新体系层出不穷,极大地丰富了空间结构领域,进一步展示了我国建筑科技水平的不断提高。


2、计算理论的进展

空间结构的计算理论由弹性分析到弹塑性地震响应分析,在多遇地震作用下按弹性阶段进行计算的同时,还要防止结构在罕遇地震作用下倒塌并考虑到设计的经济性对结构弹塑性进行分析。利用圆杆截面空间梁系弹塑性本构关系,结合分割有限元法、Newmark 逐步积分法和Euler 一次Newton 一RaPhaon 迭代法,编制了空间网壳结构弹塑性地震响应时程分析程序,给出了单层球面与单层柱面网壳弹塑性响应规律和斜拉网格结构弹塑性响应规律,推导出了单元弹塑性刚度矩阵,研究了双层与单层柱面网壳弹塑性反应随参数变化的情况。对柔性结构全面考虑了几何非线性的影响,使得计算精度得到极大地提高,计算理论不断完善。


此外,空间结构与支承体系协同工作性能得到进一步地明确。在最初进行这类结构分析时,大多数采用离散分析,考虑到计算机容量及计算时间问题,常把支承体系用三向固定铰支承代替,将空间结构与支承拆开,单独进行计算P 但由于实际支承体系往往不是三向刚度无限大,周边简支模型与实际出人较大,后来进展到采用弹性支承的空间结构计算模型。有关共同工作问题,空间结构学术界不断进行研究,提出各种钢网格结构与混凝土支承不同材料组合体系的阻尼简化公式,给出了修正的弹性支承计算模型。现有的分析软件也逐渐实现整体分析。


3、结构抗震分析理论的进展

大跨度空间结构抗震分析从单维地震反应分析发展到多维地震反应分析。由于地震时地面运动是多维的,同时各方向地震动引起的地震响应一般为同数量级的,因此为更真实地掌握结构地震反应,进行多维地震反应分析剥良必要的。地震动有六维分量,由于结构设计形式尽量保证了均匀对称,同时计算转动分量将带来过大的计算土作量,自前研究的震动以三个平动分量输人为主,为考虑三维地震输人,空间网壳结构曾用时程法进行确定分析;近年来,北京工业大学引用了林家浩等提出的单维虚拟激励法推导出网格结构多维地震输人的虚拟激励随机分析方法,编制了相应程序,并提出了随机参数取法,用此程序对单层、双层柱面网壳、球面网壳进行了系统的多维地震反应分析,得出了一些有益的结论。


4、空间结构隔震、控震分析

结构震动控制包括基础隔震、被动控制、主动和半主动控制及近年来提出的智能控制。有关土建结构振动控制研究与应用约有30 年的历史。我国空间结构中采用橡胶支座隔震已相当普及,但在空间结构振动控制方面尚处于起步研究阶段,现已取得了二些可喜的科研成果。在基础隔震方面,同济大学、浙江大学等单位给出了各种支座的隔震性能、设计计算方法,浙江大学提出了适合于网格结构的粘弹性阻尼材料代替橡胶支座,北京交通大学研制出万向支承方向转动抗震减震支座,获得了专利。在网壳结构控制方面,哈尔滨工业大学提出了多个TMD 调频质量阻尼器的MTMD 系统,建立了随机振动计算模型,采用传递函数算法和非线性数学规划方法确定其最优控制参 数,并针对各类单层网壳进行了振动控制分析;设计了粘滞阻尼器,安装在网壳上进行地震模拟震动台试验,得出了相关结论。北京工业大学对网壳结构进行了半主动控制研究,提出将半主动控制器做成变刚度变阻尼杆件以替代网壳杆件的方法,并给出了控制杆件的最优布置准则。兰州理工大学提出采用约束屈曲支撑(B RB )代替部分网壳结构杆件的做法,利用通用有限元软件ANSYs 对这种新型结构体系的各种形式进行分析,寻找约束屈曲支撑在整体结构中的最优布置和影响规律,在参数分析的基础上,探索网壳结构减震体系的减震机理与变化规律,分析结构减震控制的关键因素。

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