吊挂式索拱结构力学性能研究及应用

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吊挂式索拱结构是由吊挂结构和索拱结构组合成的杂交结构体系,该体系综合利用了各种不同结构在性能,经济指标等方面的优势,既能满足一定的建筑审美要求又能经济合理的跨越更大的跨度。本文将以一实际工程为模型,主要研究分析该杂交结构体系中斜拉索和预应力索对结构受力性能的影响,他们的协同工作性能以及施工问题,所得结论为进一步推广此类结构提供理论依据。本文首先回顾了吊挂结构,索拱结构和吊挂式索拱结构在国内外发展和研究状况,然后以一工程实例为依托,建立了吊挂式索拱结构的有限单元模型。通过程序的单元生死功能模拟了吊挂式屋盖,索拱屋盖和拱屋盖力学性能,以便和吊挂式索拱屋盖结构进行对比。因为静力荷载是结构承受的最常见最重要的荷载之一,所以本文在静力方面:对比各结构的屈曲承载力、屈曲后性能、内力分布和各结构关键单元的应力,从而分析斜拉索和预应力索对结构受力性能的影响以及他们的协同工作性能。为了避免结构在地震风振等动力荷载下遭受破坏,所以本文分析了结构的动力性能:对比各模型的振动特性-频率和振型,分析斜拉索和预应力索对结构振动特性的影响;对比各结构模型在地震荷载作用下的时程位移反应,分析斜拉索和预应力索对结构抗震性能的影响。在对结构进行抗震反应分析时采用了时程分析法,输入的地震波包括两条等效后的实际地震波和一条人工模拟地震波。其中人工地震波是采用三角级数合成法用MATLAB自编程序拟合标准反应谱而得到的。因为对于这种有索作用的钢柔相济的杂交结构,施工方案对于结构最终成形和安全使用至关重要,所以本文最后对吊挂式索拱屋盖进行了施工模拟,主要研究了斜拉索的施工顺序对结构最终成形和受力的影响。斜拉索是吊挂式索拱结构的主要受力构件之一,长期暴露在大气之中,所以本文也对斜拉索的防腐进行了探讨。
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