斜拉立体桁架结构的抗风分析

论文摘要

斜拉立体桁架是由斜拉索、立体桁架和塔柱三部分组成的结构体系。与斜拉网格结构相比,这种结构杆件少,节点少,施工吊装比较容易,造型轻巧优美,是一种具有广阔发展前景的杂交结构体系。一些学者对斜拉立体桁架结构已经做了部分研究工作,但对其风振响应的研究涉及不多,本文在已有文献的基础上做了以下主要工作：(1)介绍了斜拉立体桁架结构非线性分析的理论基础,阐述了运用非线性有限元法立体桁架结构计算分析的基本理论。(2)通过对所要进行的斜拉立体桁架结构进行了合理的选型后,对选定的斜拉立体桁架结构用大型有限元软件ANSYS进行模态分析,研究其自振特点。结果表明：斜拉立体桁架结构的第一阶周期为1.8s,周期较长,自振频率比较低,对风荷载作用较为敏感,模型较为合理,适宜对此种结构应用时程分析法。(3)总结结构风工程的基本理论和脉动风人工模拟方法。脉动风的模拟是风振分析的前提。本文用计算机软件MATLAB,运用谐波合成法(WAWS)对风荷载进行了模拟,其中对于斜拉立体桁架结构的竖直风向谱采用H.A.Panofsky谱,而水平风向谱采用Davenport谱作为自谱密度函数,然后考虑风场的相关性得到任意两点的互谱密度函数。算例结果表明,程序能够快速、有效的模拟脉动风速时程。(4)本文考虑了斜拉立体桁架结构在三种情况下的风振响应状况：单独竖向风作用、单独水平风作用以及竖向风和水平风共同作用。结果表明水平风作用下不仅引起结构在风振方向上的振动而且引起结构在竖直方向上的振动,通过在时域内比较和分析,得出一些结论供类似工程参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 斜拉结构的历史
• 1.3 斜拉立体桁架的研究现状
• 1.4 本课题的提出与研究内容
• 1.4.1 本课题的提出
• 1.4.2 本文的主要工作
• 2 斜拉立体桁架结构的有限元分析
• 2.1 概述
• 2.2 结构的线性和非线性问题
• 2.3 几何非线性分析
• 2.3.1 变形的位移描述
• 2.3.2 应变的度量
• 2.3.3 应力的量度
• 2.4 空间梁单元的切线刚度矩阵
• 2.5 斜拉立体桁架结构的整体分析
• 3 斜拉立体桁架结构的模态分析及脉动风速模拟
• 3.1 斜拉立体桁架结构的模态分析
• 3.1.1 斜拉立体桁架结构模型的选取
• 3.1.2 模态分析的理论
• 3.1.3 斜拉立体桁架结构的模态分析
• 3.2 风的基本性质
• 3.2.1 风的自然属性
• 3.2.2 平均风的基本属性
• 3.2.3 脉动风的基本属性
• 3.3 脉动风速的人工模拟
• 3.3.1 脉动风速模拟方法
• 3.3.2 脉动风生成例子
• 4 斜拉立体桁架结构的风振响应分析
• 4.1 风振响应分析的方法
• 4.2 脉动风振响应动力方程
• 4.3 斜拉立体桁架结构的时程分析法
• 4.3.1 斜拉立体桁架结构风振响应分析的基本步骤
• 4.3.2 时程积分迭代方程
• 4.3.3 风荷载向量的确定
• 4.4 斜拉立体桁架结构风振响应分析
• 4.4.1 单独竖向风作用下的风振响应
• 4.4.2 单独水平风作用下的风振响应
• 4.4.3 水平风和竖向风共同作用下的风振响应
• 5. 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果