多面体空间折板结构几何构成与静动力特性及稳定性研究

论文摘要

国家游泳中心“水立方”的出现,使人们认识了空间多面体刚架结构。自然界中多面体阵列形成的结构蕴含着许多科学道理,这无疑为人类的建筑结构设计提供了灵感。如果利用多面体的面作为受力构件则可以形成折板结构,目前国内外还没有对这种多面体折板结构进行系统和深入的研究。本文选择正多面体、阿基米德多面体及其对偶多面体进行几何构成,利用多面体基本单元进行切割或组合成具有折板几何形态的结构。着重分析研究了由菱形十二面体基本单元和截顶正八面体基本单元构成的两种折板结构的矢高与结构跨度的关系。运用Midas/gen软件系统分析了这两种折板结构的静力性能,得到结构的传力路径,同时分析了边界条件、脊谷线刚度和矢跨比对结构的静力性能的影响。本文分析研究了两种折板结构的动力性能,通过结构自振特性的分析得到结构的振型分布特点。进行结构动力性能的参数分析,计算结构在不同矢跨比、脊谷线刚度下的自振周期与振型,并对结果进行比较分析。本文采用线性屈曲分析、几何非线性分析和几何、材料双重非线性分析方法对结构模型进行稳定性分析,探讨结构是否存在失稳问题。本文还进行了结构模型在多遇地震作用和罕遇地震作用下的振型分解反应谱法分析、弹性时程分析及动力弹塑性分析,研究结构的承载力情况,变形情况及结构的抗震薄弱部位,得到结构的抗震性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外相关方向的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 多面体空间折板结构的几何构成研究
• 2.1 引言
• 2.2 单体多面体空间折板结构
• 2.2.1 非切割型单体多面体折板结构
• 2.2.2 切割型单体多面体折板结构
• 2.3 组合多面体空间折板结构
• 2.3.1 竖向组合多面体空间折板结构
• 2.3.2 水平向平面组合多面体空间折板结构
• 2.3.3 水平向曲面组合多面体空间折板结构
• 2.4 水平向平面组合多面体空间折板结构几何构成关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 多面体空间折板结构的静力性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 分析模型的确定
• 3.2.1 几何模型的确定
• 3.2.2 模型的截面设计
• 3.3 多面体空间折板结构的静力特点
• 3.3.1 菱形十二面体折板结构的静力特点
• 3.3.2 截顶正八面体折板结构的静力特点
• 3.4 参数分析
• 3.4.1 矢跨比的影响
• 3.4.2 脊谷线的影响
• 3.4.3 边界条件的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 多面体空间折板结构的动力性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 多面体空间折板结构的模态分析
• 4.2.1 自振周期与振型
• 4.2.2 矢跨比对动力性能的影响
• 4.2.3 脊谷线对结构动力性能的影响
• 4.3 多遇地震作用下的动力响应
• 4.3.1 多遇地震下的振型分解反应谱法分析
• 4.3.2 多遇地震下的时程分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 多面体空间折板结构的稳定分析
• 5.1 引言
• 5.2 网壳结构稳定性分析的相关有限单元法
• 5.2.1 线性屈曲分析
• 5.2.2 几何非线性全过程分析
• 5.2.3 双重非线性全过程分析
• 5.3 整体结构的特征值屈曲分析
• 5.3.1 菱形十二面体折板结构的特征值屈曲分析
• 5.3.2 截顶正八面体折板结构特征值屈曲分析
• 5.4 整体结构的几何非线性稳定性分析
• 5.4.1 菱形十二面体折板结构的几何非线性全过程分析
• 5.4.2 截顶正八面体折板结构的几何非线性全过程分析
• 5.5 整体结构的几何材料双重非线性稳定性分析
• 5.5.1 几何非线性与双重非线性分析结果的比较
• 5.5.2 菱形十二面体折板结构几何、材料双重非线性分析
• 5.5.3 截顶正八面体折板结构几何、材料双重非线性分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 罕遇地震作用下的动力弹塑性分析
• 6.1 引言
• 6.2 动力弹塑性分析原理
• 6.3 三维地震作用下的弹塑性分析
• 6.3.1 三向地震波的输入及塑性铰的设置
• 6.3.2 计算结果分析
• 6.4 竖向地震作用下的弹塑性分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢