钢结构交错桁架体系静力和动力性能分析

论文题目: 钢结构交错桁架体系静力和动力性能分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 周期石

导师: 周绪红

关键词: 交错桁架结构,简化计算方法,二阶效应,整体稳定,非线性分析,动力响应,自振频率,振型

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文回顾了交错桁架结构体系的理论研究现状和工程应用概况,在此基础上,针对研究成果中的不足之处,主要完成了以下几个方面的工作: (1) 在静力弹性分析理论方面,根据交错桁架结构的受力特点,提出了竖向荷载作用下,交错桁架结构内力计算的力学模型和计算方法。对于空腹交错桁架结构,在引入桁架的转动刚度和传递系数的基础上,将单榀横向框架简化为无侧移刚架,算例分析表明:该方法使得参与迭代计算的构件数量大大减少,收敛速度提高,从而减少了计算工作量。对于混合交错桁架结构,本文给出了构件内力的计算公式和计算方法。根据交错桁架结构在水平荷载作用下的受力特点和传力方式,在楼板刚性假定和忽略扭转效应的基础上,本文提出了构件内力和楼层侧移计算的平面分析模型,并给出了结构层间侧移刚度计算公式以及内力和侧移的计算公式和计算方法,算例分析表明:该方法简便实用,具有较高的精度。本文给出了两种考虑二阶效应的方法:一种方法通过将二阶效应的影响等效为层间侧移刚度的折减,给出了考虑二阶效应后结构侧移刚度的计算公式和考虑二阶效应和空间整体作用的内力和侧移平面计算模型及计算方法,另一种方法将结构等效为一根组合压杆,通过求解压杆的微分方程,得出结构在水平荷载和竖向荷载作用下结构的变形曲线。通过将结构等效为一根组合压杆,本文提出了采用能量法计算结构整体失稳的临界荷载的计算方法。另外本文还研究了考虑楼板影响后弦杆截面特性的计算方法以及考虑扭转效应后结构抗侧力构件所分配剪力的修正公式。 (2) 在地震反应的有限元分析方面,根据钢结构交错桁架结构体系主要构件为薄壁杆件的特点,分析了薄壁杆件中各种变形之间的耦合关系,并在此基础上,推导出了考虑剪力影响,二阶效应、翘曲分布以及截面开口和闭口等因素的单元刚度矩阵。基于理想弹塑性假定,给出了单元的弹塑性刚度矩阵,在空间杆系一层模型假定的基础上,建立了结构的动力平衡方程,并对空腹节间距的大小、阻尼比以及地震波输入维数对地震响应的影响进行了研究,算例分析表明:空腹节间的节间距和阻尼比对结构的动力响应影响较大,而地震波输入维数对结构的位移影响较小。 (3) 在地震作用计算的简化分析方面,基于振型分解法,本文给出了多维地震动输入下结构地震反应计算的具体计算公式和方法,并讨论

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 钢结构交错桁架结构体系的理论研究现状

1.3 钢结构交错桁架结构体系的工程应用

1.4 结构抗震设计理论的发展

1.5 非线性分析理论概述

1.6 通用有限元程序ANSYS简介

1.7 本文研究的主要内容

第2章 结构计算的弹性分析方法

2.1 引言

2.2 结构计算的静力弹性分析方法

2.2.1 竖向荷载作用下交错桁架结构的内力计算

2.2.2 水平荷载作用下交错桁架结构的内力和侧移计算

2.2.3 弦杆与楼板共同工作性能

2.2.4 考虑二阶效应的内力和侧移计算方法

2.2.5 考虑扭转效应的内力和侧移计算方法

2.3 交错桁架结构整体稳定简化分析

2.4 小结

第3章 交错桁架结构地震响应分析的有限元方法

3.1 引言

3.2 交错桁架结构体系的几何非线性有限元分析力学模型

3.2.1 大变形下的位移、应变和几何方程的描述

3.2.2 虚位移原理和增量形式的有限元方程

3.2.3 位移插值函数

3.3 交错桁架结构体系的材料非线性有限元分析力学模型

3.3.1 弹塑性单元刚度方程

3.3.2 杆端截面弹塑性状态判别

3.4 结构地震反应分析模型

3.5 交错桁架结构的动力响应分析

3.5.1 交错桁架结构的算例设计及其弹塑性地震响应

3.5.2 空腹节间距的大小对交错桁架结构地震响应的影响

3.5.3 阻尼比对交错桁架结构地震响应的影响

3.5.4 地震波输入维数对交错桁架结构地震响应的影响

3.6 小结

第4章 交错桁架结构地震作用计算的振型分解法

4.1 引言

4.2 多维地震动输入下结构地震反应分析方法

4.3 交错桁架结构合理振型数的确定

4.4 交错桁架结构的自振频率和振型近似计算方法

4.5 计算实例

4.6 小结

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间所发表的学术论文)

发布时间: 2006-05-10

参考文献

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