肋环型巨型网格弦支穹顶结构静力性能及动力特性分析

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巨型网格结构是由一级大网格结构和二级小网格结构组成的具有双重结构体系的新型空间结构。巨型网格弦支穹顶结构由立体桁架交叉形成的球面巨型网格结构与撑杆和张拉索构成完整的结构体系。巨型网格弦支穹顶结构在理论上受力性能好,材料利用率高,能够跨越超大空间,具有广阔的发展前景。本文以肋环型巨型网格弦支穹顶结构为研究对象,分析肋环型球面巨型网格结构的形体构成,确定其几何形体控制参数。利用通用有限元软件ANSYS建立结构有限元计算模型,并验证建模分析方法的正确性。采用考虑结构几何非线性的有限单元法,分析肋环型巨型网格弦支穹顶结构的基本静力性能,总结结构主要受力杆件内力分布规律,分析巨型网格弦支穹顶结构对上部球面巨型网格结构静力性能的改善作用,并考察改变几何形体参数及支承方式对结构基本静力性能的影响。采用考虑结构几何非线性的荷载—位移全过程分析方法,分析肋环型巨型网格弦支穹顶结构的弹性稳定性能。采用牛顿—拉夫逊迭代法和弧长法相结合的策略对结构进行全过程平衡路径跟踪,得到荷载—位移全过程曲线,确定结构的弹性极限承载力,并与对应的球面巨型网格结构弹性极限承载力进行对比分析。重点考察了矢跨比、立体桁架高度、张拉索夹角及布索方式等参数对其弹性极限承载力的影响。通过分析判断肋环型巨型网格弦支穹顶结构对初始几何缺陷及不对称荷载作用均有一定的敏感性。对肋环型巨型网格弦支穹顶结构进行动力特性分析,采用分块的兰克索斯法求解结构自由振动的各阶振型及频率,总结结构的自振特点,并确定影响结构动力特性的主要参数。综合考虑结构矢跨比、立体桁架高度、张拉索夹角及布索方式等参数变化时结构的基本静力性能、弹性稳定性能及动力特性,建议矢跨比的较优取值为0.125~0.15,立体桁架高度较优取值范围1.5m~2.0m,张拉索夹角不宜大于30°,环索布置方式可选择仅布置最外圈环索或布置外层两圈环索。为此类结构的工程设计提供依据。
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