大跨四坡折板网架结构静动力特性及关键技术分析

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四坡折板网架结构是空间屋盖结构的重要型式之一,研究其结构的静动力特性及有效减小支座水平反力有重要的工程价值。本文采用有限元分析方法建立了三向铰支座、弹簧支座的四坡折板网架结构分析模型后,研究将预应力技术引入弹簧支座结构,建立预应力拉索四坡折板网架结构分析模型。对比分析不同边界条件及不同荷载工况下各屋盖结构的静动力特性及支座水平反力分布规律等关键技术问题,为四坡折板网架结构的工程应用提供了重要依据和参考。本文的主要工作及研究结论如下:(1)采用MST软件建立弹簧支座四坡折板网架结构多模型,分析后给出弹簧支座四坡折板网架结构支座适宜水平刚度选取范围为3000kN/m~10000kN/m;在此范围内,支座水平刚度增加导致相应支座水平反力呈线形趋势增加;同时结构具有网壳受力性能,但网架结构单元的厚度若依据网壳结构的高跨比指标取值,计算可能不满足国家有关规范的要求。(2)通过MIDAS软件分析四坡折板网架结构静力特性得出,与三向铰支座屋盖结构对比,弹簧支座结构的纵向水平位移、横向水平位移和竖向挠度分别增加了170.84%、165.64%和115.64%;与弹簧支座屋盖结构对比,预应力拉索结构分别减小了53.64%、58.64%和51.86%。屋盖结构拉压杆分布区域基本一致。(3)研究四坡折板网架结构动力特性可知,弹簧支座屋盖结构和预应力拉索屋盖结构振型基本一致。三向铰支座屋盖结构前3阶振型依次主要为竖向振动、整体转动和竖向振动,弹簧支座和预应力拉索结构均依次为纵向水平振动、横向水平振动和竖向振动;屋盖结构基本周期分别为0.5707s、0.9515s和0.9580s。(4)分析四坡折板网架结构的支座水平反力表明,应用预应力拉索技术措施后,弹簧支座屋盖结构的支座水平反力进一步减小。包络工况下,三向铰支座、弹簧支座和预应力拉索屋盖结构的支座水平反力最大值分别为4402.39kN、196.80k N和97.10k N。1.0DL+0.5LL为支座水平反力的控制工况。(5)对应用预应力拉索技术的四坡折板网架结构进行时程分析可知,多遇地震作用下其结构的支座水平反力大于反应谱计算结果;罕遇地震作用下大部分杆件应力位于弹性阶段,结构具有良好的抗震性能,但支座水平反力和水平位移大,必要时应对支座构造采取有效措施,防止支座破坏而导致结构倒塌。
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