索托节点数值模拟方法及索托桁架结构动力响应分析

来源 :中国科学院武汉岩土力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yudsly2002
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索托结构是一种全新高效的空间结构体系,具有较好的安全性和经济性,是一种值得深入研究的新型结构。索托结构由于采用连续拉索,拉索在索托节点处可发生摩擦滑移,拉索不是“吊”或“拉”住结构而是将结构“托”起,从而改变了整个结构的受力性能,但目前关于可滑动连续索单元的文献较少。所以如何对索托节点进行准确地模拟是索托结构设计中的一个关键问题。本文对索托结构中索托节点数值模拟方法进行研究、并对索托桁架结构的受力性能及抗震能力进行探讨,主要研究内容包括:  以有限元软件ANSYS为工作平台,进行整体桁架的模拟并进行相关有限元分析,提出一种新的索托节点数值模拟方法,即不变刚度短梁法,该方法的实质是利用短梁的抗弯刚度模拟索托节点处的摩擦力,根据摩擦损失值和拉索在索托节点处的滑移量来确定短梁刚度,并通过算例与其它三种索托节点数值模拟方法(自由度耦合方法、自由度耦合加变刚度弹簧单元方法、点—点接触方法)进行分析对比,然后对每种方法进行评估,找出较简单且能满足工程精度要求的索托节点数值模拟方法。结果表明:四种方法计算得到的桁架结构挠度和构件内力差别不明显,结果基本吻合;自由度耦合加变刚度弹簧单元法和不变刚度短梁法较准确地模拟索托节点处的摩擦力,是相对较好的索托节点数值模拟方法。  然后,对索托桁架结构进行静力分析,分别对全跨和半跨竖向均布荷载作用下的受力性能进行分析,并与纯桁架结构和网架结构进行比较。结果表明:索托桁架结构受力性能更佳,柔性索可以使荷载作用分布更均匀、合理。  最后,对索托桁架结构进行动力响应分析。采用振型分解反应谱和时程分析两种方法研究索托桁架结构在小震作用下的结构反应,包括在水平地震和竖向地震作用下两种情况,并与纯桁架结构和网架结构的结果进行对比。结果表明:索托结构具有较强的非线性特性,对索托结构进行动力响应分析时应采用时程分析法;在水平地震作用下,索托桁架结构比纯桁架结构的抗震性能更佳,但在水平刚度方面,网架结构更优于索托桁架结构;在竖向地震作用下,索托桁架结构的抗震性能优于纯桁架结构和网架结构。
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