论文部分内容阅读
膜结构是近几十年来国内外发展迅速的一种新型结构形式。膜结构设计中,找形分析是最关键最重要的步骤,找形分析的目的是确定索膜结构初始几何形状及合理的应力分布状态。膜结构自重轻,跨越能力强,但阻尼小,自振频率低且分布密集,具有典型的几何非线性,在风荷载作用下易产生较大的变形和振动。因此,对膜结构进行风振响应分析,讨论其随各种参数的变化规律具有十分重要的意义。
非线性有限元理论是对索膜结构进行理论分析和计算的基础理论之一。本文在第二章首先对索膜结构非线性有限元理论进行了阐述,对3节点三角形膜单元和索单元的刚度矩阵进行了系统推导。
其次,作者结合大型通用有限元软件Strand7及其开发程序Strand7API,用Fortran语言编制了弹性构件边界索膜结构的找形程序,并以三个典型的膜结构形式为算例,验证了该程序的实用性和有效性。
随后,本文利用数学工具软件manab7.0编制了线性滤波器法合成脉动风速时程曲线的程序,并验证了编制的程序的准确性。然后继续讨论膜的预张力、张拉刚度,结构的矢跨比和跨度对圆锥形膜结构自振频率的影响。研究表明:结构的自振频率非常密集,前几阶振型主要以辐射索的竖向振动为主。随着膜预张力的增加,结构的频率也在增加,其刚度也就越大。因此,增大膜的初始预张力能明显改善膜结构的风振性能。
最后,本文分考虑耦合和不考虑耦合两种工况,重点讨论了圆锥形膜结构的位移风振响应随膜的预张力、张拉刚度,结构的矢跨比、跨度及风速的变化规律。研究表明:膜的预张力和张拉刚度对结构的风振响应影响较大。而结构的风振响应未随结构矢跨比的改变而呈现出规律性的变化。风速和结构跨度对结构的风振有显著的影响。虽然考虑耦合与不考虑耦合作用时膜的风振响应随参数的变化规律一致,但耦合效应减小了膜结构位移响应均值,抑制了结构的振动,即按照不考虑流固耦合作用所得到的结构抗风设计结果是偏于安全的。