框架悬挂结构体系的动力特性研究及工程应用

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作为一种独特的建筑结构体系,悬挂建筑以其夺目的建筑造型、巧妙的受力体系和良好的耗能机理,得到了众多建筑师与工程师的青睐,并广泛应用于国内外的建筑工程中,取得了瞩目的成果。本文拟结合一幢CFRP拉索框架悬挂结构示范工程项目,通过试验研究、理论分析与数值模拟三个方面,对这种结构体系的主要特性进行分析与评估,并对其工程应用进行讨论。基于上述目的,本文的主要工作如下:首先,本文从宏观的角度对悬挂体系的发展历史、分类依据以及其所具有的优缺点进行介绍,讨论了这一结构体系的设计原理,谈到其对建筑工程行业的意义,并介绍了当今世界上标志性悬挂结构以及这些建筑的设计思路。同时,分别从理论分析与试验研究的角度,介绍了当今学者们在悬挂结构研究方面所做的工作与所得结论。其次,介绍了悬挂结构工程项目的相关背景与信息。结合该悬挂结构体系的特点,设计了一个完整的动力特性测试试验。通过脉动激励的方法,利用传感器与信号测试仪器确定了结构在时域下的响应并提取所得到的模态信息。利用有限元程序建立悬挂结构的数值模型,并通过测试所得数据对该模型予以修正。选择了三个参数用于目标函数的构造,对有限元模型进行了基于模态信息的修正,以保证后续研究的可靠性。接下来,讨论了悬挂结构体系在使用阶段的损伤识别理论。介绍了基于悬挂结构特征值与特征向量的线性解析法,并采用自迭代技术对所精度予以修正。以框架悬挂结构为算例,结合有限元程序ABAQUS与数学计算软件MATLAB,对三种工况下损伤的发生部位与损伤程度予以识别并讨论了提高识别精度的方法。最后,本文讨论了悬挂建筑结构体系在外部地震荷载作用下性能表现。一方面,对结构在不同地震荷载下的响应,包括主、次结构的位移响应与加速度时程响应进行研究;进一步地,讨论了结构在极端地震条件荷载作用下可能出现的倒塌情况,通过数值模拟确定了该结构的薄弱层,并对结构的综合性能进行了评估。
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