空间管桁架结构温度效应与地震作用分析

发布时间：2017-05-15 09:11

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【摘要】：空间大跨结构的发展是衡量一个国家建筑科技水平的重要标志,广泛应用于体育场馆、会展中心等公共建筑。大跨空间结构在自然环境中经历一年四季的寒暑变化,温度作用在结构中普遍存在。温度对结构物的作用体现在变形和应力两个方面。为了满足使用要求,结构跨度越大,结构形式越复杂,温度作用的影响越突出。《钢结构设计规范》(GB50017-2003)8.1.5规定单层房屋和露天结构的温度区段长度(伸缩缝的间距)对露天结构纵向温度区段不超过120m,可不考虑温度应力和温度变形的影响,否则要考虑温度应力和温度变形的影响。 本文以西宁海湖体育中心体育场空间管桁架大跨悬挑屋盖为工程背景,首先总结温度应力温度变形的算法和动力时程分析的计算原理,其次分析了温度效应对屋盖结构的影响,最后验算了多遇地震作用下结构的动力响应。 本文主要采用ANSYS模拟与现场健康监测相结合的方法对温度效应对结构的影响进行了分析。在分析温度效应对结构受力和位移影响时分三种状况,分别是在承载能力极限状态下、在正常使用极限状态下和结构正常使用条件下。在承载能力极限状态下分七种工况讨论其中四组含温度效应三组不含温度,在正常使用极限状态下分五种工况讨论其中两组含温度三组不含温度,在正常使用状态下结合现场所做的结构的健康监测数据分四种工况讨论。采用动力时程输入EL-centro波模拟结构在多遇地震作用下的动力响应,分析了关键杆件和关键节点的时程响应。 本文主要得到结论有(1)承载能力极限状态下,温度效应对结构的主受力杆件(撑杆、上弦杆、腹杆、下弦杆)影响较小,对结构的次要受力杆件(连杆、环杆)影响大；(2)在正常使用极限状态下,温度效应对结构的关键节点位移(悬挑点)影响较大,Z向和Y向影响较X向位移更明显；(3)在正常使用条件下,温度效应对结构不同杆件应力影响复杂,结构在正常使用状况下活荷载自由多变,较难评估温度效应对结构受力杆件的影响规律；(4)在多遇地震多用下,结构的节点位移和杆件应力较自重作用下增幅不大,分别为1.16倍和1.09倍,结构有很富裕的抗力储备,符合设计要求。
【关键词】：钢结构 空间结构 管桁架结构 温度场 温度作用 健康监测 时程分析
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU311
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.2 温度效用国内外研究现状12-15
• 1.3 多维地震分析方法综述15-17
• 1.3.1 多维抗震分析的反应谱方法15-16
• 1.3.2 多维抗震分析的时程法16
• 1.3.3 多维抗震分析的推到分析法16-17
• 1.4 本文研究内容17-18
• 第2章 温度效应的计算理论18-28
• 2.1 温度作用分类18-19
• 2.2 温度场19-20
• 2.3 热传导20-22
• 2.4 热应力22-27
• 2.4.1 热弹性基本方程23-25
• 2.4.2 热弹性问题的解析解25-26
• 2.4.3 热弹性问题的近似解26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 地震作用时程分析理论28-33
• 3.1 概述28-29
• 3.2 运动方程29
• 3.3 时间积分算法29-31
• 3.4 集中质量矩阵及阻尼矩阵31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 空间管桁架结构温度效应分析33-63
• 4.1 工程概况33-34
• 4.2 有限元建模34
• 4.3 荷载取值及荷载组合34-35
• 4.3.1 荷载的取值34
• 4.3.2 荷载工况组合34-35
• 4.4 计算结果及分析35-49
• 4.4.1 承载力极限状态应力云图35-39
• 4.4.2 关键杆件应力分析39-46
• 4.4.3 正常使用极限状态分析46-49
• 4.5 西宁体育场健康监测49-53
• 4.5.1 方案设计原则49
• 4.5.2 监测内容49-53
• 4.5.3 监测流程53
• 4.6 监测数据及模拟分析53-62
• 4.6.1 监测数据53-60
• 4.6.2 模拟分析60-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第5章 空间管桁架结构动力时程分析63-71
• 5.1 地震波及其调幅63-65
• 5.2 模态分析65-66
• 5.3 多遇地震结构的响应66-70
• 5.3.1 节点位移的响应66-68
• 5.3.2 关键杆件应力的响应68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论与展望71-72
• 结论71
• 展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)76

【参考文献】

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本文编号：367342