不同布索形式拉索预应力巨型网格结构的断索分析

作     者：彭瀚林 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李峰

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：拉索预应力 柱面巨型网格结构 形态分析 断索分析 弧长法 瞬时动力法 

摘      要：拉索预应力圆柱面巨型网格结构由上部巨型网格结构和下部预应力拉索体系两部分组成。上部巨型网格结构传力明确、形式多样、施工方便,下部预应力拉索体系可以有效提高结构刚度,减小杆件截面,降低用钢量。作为一种新型预应力大跨结构,国内外对该结构的结构形体、力学性能、计算方法、优化分析等进行了大量研究分析,但对下部索网破断影响研究较少。近年来结构连续倒塌性能越发受到关注,因此研究这种新型结构体系下部索网破断对结构整体影响是十分必要的。本文在有限元理论的的基础之上,利用大型有限元分析软件ANSYS对拉索预应力圆柱面巨型网格结构进行了结构参数化建模以及采用单元生死法对拉索破断进行了数值模拟,研究其局部断索对结构位移及杆件内力的影响。明确了不同位置拉索破断对拉索预应力圆柱面巨型网格结构整体刚度影响不同,并研究了不同布索形式局部断索对上部巨型网格结构关键杆件及位移的影响程度。在此基础上,通过改变相关参数探究局部断索对结构影响的差异,从而得出了局部断索影响一般性结论。本文通过大量数值模拟得出的结论主要如下:(1)对拉索预应力巨型网格结构进行了形态分析。根据形态分析理论,对两种布索形式下拉索预应力巨型网格结构进行找形和找力分析,得出了两种结构性质在预应力放样态下的几何形状和索杆初始缺陷。并对预应力大小、撑杆长度、矢跨比、结构跨度进行了变参分析。研究表明各参数下对结构进行形态分析的十分必要。(2)运用弧长法对不同位置拉索退出工作后的结构受力情况进行跟踪分析。探究了局部拉索破断对结构刚度、拉索、及上部巨型网格结构不同位置杆件的影响。分析比较了不同布索形式断索前后结构在极限状态下杆件的受力以及结构位移情况。并探讨不同预应力大小、撑杆长度、矢跨比以及结构跨度下,拉索破断对结构整体位移的影响。研究表明,预应力越大,撑杆长度越长、跨度越小、矢跨比越大断索对结构产生的影响越小。(3)运用瞬时动力法,探究了拉索破断对结构的瞬时动力响应。分析对比了不同布索模式在跨中及端部拉索破断对上部巨型网格结构位移及关键杆件的动力响应特点,并给出了各节点及杆件动力解与静力解的比值。探讨不同预应力大小、撑杆长度、矢跨比以及结构跨度下,局部断索对结构的动力响应大小。研究表明断索后结构动力响应随预应力、跨度以及矢跨比的增大不断增强。撑杆长度大小对断索后结构动力响应影响不显著。