輪輻式索膜結(jié)構(gòu)損傷情況下的動(dòng)力性能研究.pdf

1、輪輻式索膜結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、受力合理、跨越跨度大等優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)由內(nèi)環(huán)索、徑向索(脊索、谷索)和壓環(huán)等構(gòu)件組成,索系預(yù)應(yīng)力水平及應(yīng)力分布對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度和受力性能起著至關(guān)重要的作用。由于施工偏差、荷載及環(huán)境等因素的影響,會(huì)導(dǎo)致拉索應(yīng)力分布不均勻、預(yù)應(yīng)力松弛、連接節(jié)點(diǎn)銹蝕等損傷,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力性能發(fā)生明顯變化,在地震、颶風(fēng)等偶然荷載作用下產(chǎn)生潛在的破壞危險(xiǎn)。因此,對(duì)該類結(jié)構(gòu)開展損傷情況下的動(dòng)力性能研究十分必要。
　　論文以世紀(jì)蓮體育

2、中心為背景,通過定性模型試驗(yàn)測(cè)試、有限元模擬分析等手段,對(duì)輪輻式索膜結(jié)構(gòu)損傷情況下的風(fēng)致振動(dòng)、抗震性能和抗倒塌性能進(jìn)行深入研究,取得了以下幾個(gè)方面的創(chuàng)新性研究成果:
　　(1)在風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)上,根據(jù)逆傅立葉變換技術(shù)和頻率雙索引概念,在諧波合成法的基礎(chǔ)上,借助Matlab程序,構(gòu)造本結(jié)構(gòu)120個(gè)節(jié)點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程,通過ANSYS有限元程序建立結(jié)構(gòu)的有限元模型,將構(gòu)造的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程施加于結(jié)構(gòu)模型上,分析索松弛損傷情況下結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振

3、動(dòng)情況。得到了風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的基本規(guī)律以及損傷情況下結(jié)構(gòu)的敏感風(fēng)向角(63°和135°風(fēng)向角);得到了結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力放大系數(shù)的分布規(guī)律,認(rèn)為由風(fēng)洞試驗(yàn)確定的壓力分布系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)宜乘以結(jié)構(gòu)損傷動(dòng)力調(diào)整系數(shù)(取值為1.1),以防止索系預(yù)應(yīng)力松弛或分布不均勻帶來的結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)放大,同時(shí)給出了結(jié)構(gòu)損傷情況下動(dòng)力放大系數(shù)計(jì)算公式。
　　(2)在以上有限元模型基礎(chǔ)上,分析了輪輻式索膜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和損傷情況下的抗震性能。結(jié)果表明:該

4、結(jié)構(gòu)自振頻率較低,頻譜集中,頻率跳躍現(xiàn)象不明顯,結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性復(fù)雜,且結(jié)構(gòu)模態(tài)質(zhì)量參與系數(shù)與考慮的振型階數(shù)有關(guān);為保證各方向的模態(tài)質(zhì)量參與系數(shù)達(dá)到90％以上,建議反應(yīng)譜分析時(shí),其振型取到140階以上;不同類型地震波作用下本結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)差別不大,地震分析時(shí)可考慮只采用一種地震波進(jìn)行,但不同方向及多維組合作用對(duì)結(jié)構(gòu)的危害主次不明顯,應(yīng)受到同樣的關(guān)注;索松弛情況下,設(shè)計(jì)地震作用的內(nèi)力和位移反應(yīng)均有可能大于本地區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng),結(jié)構(gòu)

5、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)分別進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)地震作用和風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力分析。
　　(3)按1:60的縮尺比例制作定性模型,進(jìn)行靜力性能試驗(yàn)和數(shù)值分析,得到了結(jié)構(gòu)損傷情況下的力學(xué)反應(yīng)和響應(yīng)規(guī)律。分析表明:索松弛對(duì)結(jié)構(gòu)的整體剛度和屈服荷載影響較小,但對(duì)結(jié)構(gòu)的極限荷載和耗能能力影響較大;壓環(huán)、腹桿等的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的極限荷載和耗能能力影響較大,通過擬靜力分析,得到了此類結(jié)構(gòu)上壓環(huán)、腹桿、下壓環(huán)、柱之間的合理剛度比:1:1.2:1.3:4.8。
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6、)對(duì)定性模型進(jìn)行動(dòng)力損傷測(cè)試,并對(duì)原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗倒塌數(shù)值分析,研究了局部索破壞對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。分析表明:動(dòng)力測(cè)試設(shè)備無法精確靈敏地捕捉結(jié)構(gòu)密集的頻率,通過動(dòng)力特性測(cè)試來監(jiān)測(cè)本結(jié)構(gòu)損傷、判斷結(jié)構(gòu)損傷程度和損傷部位非常困難;輪輻式索膜結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的重要性由小到大依次為懸掛索、腹桿、下壓環(huán)、上壓環(huán)、墩柱、分叉索、脊索、谷索、內(nèi)環(huán)索;重要構(gòu)件斷裂造成的破壞程度由輕到重依次為一根谷索斷裂、一根脊索斷裂、兩根相鄰谷索斷裂、兩根相鄰脊索斷裂、墩柱斷