球面巨型网格结构的动力特性及其风荷载响应研究

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1、湖南大学硕士学位论文球面巨型网格结构的动力特性及其风荷载响应研究姓名：李佳申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：贺拥军20070420球面巨型网格结构的动力特性及其风荷载响应研究摘要为了适应球面网壳向超大跨度发展的需要，将巨型网格结构概念和传统球面网壳相结合，本文提出了一种新的结构形式——球面巨型网格结构，并以肋环型球面巨型网格为主要研究对象对其形体构成、动力特性以及风荷载作用下的力学性能等方面进行了研究，主要包括以下内容：研究了肋环型球面巨型网格主体结构的具体构成形式、几何拓扑关系，总结了相应的形体控制参数；对子结构的

2、形式及其与主体结构的连接进行了分析；描述了自动成形过程，使用AutoCAD环境下的VisualC++二次开发工具编制了相应的自动成形程序，利用外部文本文件与有限元分析软件ANSYS实现了接口并编制了网格结构风振时程分析所必需的几个前处理程序，讨论了结构支承方式。研究了风荷载的基本特性，包括平均风的平均风速剖面、平均风速与风压的关系、脉动风的频谱特性及其空间相干函数等，引入准定常假设将脉动风速转化为结构物上的脉动风压。采用了由Iwatani提出的AR模拟方法，在Matlab环境下编制了可以计算具有空间和时间相关性的多个空间三维

3、点的风速时程的程序，解决了求解相关函数在Matlab里的实现以及如何选取AR法的参数合适值的问题。对生成的随机风速数据进行谱分析，将得出的功率谱与目标功率谱进行对比，证明了程序的可信性。回顾了结构动力特性、风振反应分析的基本理论，包括子空间迭代法求解结构特征方程、时程分析法求解风振响应以及多自由度线性体系在Rayleigh阻尼下的平稳随机反应，概述了各方法的计算过程和特点。根据随机振动的理论，得出随机脉动风作用下球面巨型网格结构在线性范围的响应均值的统计特征。研究了球面巨型网格结构的基本自振特性，包括主体结构单独承载及其与子

4、结构协同承载两种情况下的自振频谱规律、结构前面若干低阶振型特征等；就球面巨型网格结构的构成参数变化时结构自振频谱的变化规律进行了研究。研究了球面巨型网格结构平均风作用下结构静力特性，用随机振动理论进行了球面巨型网格结构的算例验证，讨论了内力风振系数及位移风振系数的定义并提出了控制风振系数用于工程估算。研究了球面巨型网格结构在风振作用下的两种风振系数的基本分布特性以及风振系数随结构几何参数变化的变化规律，得出了供工程实际中对球面巨型网格结构进行结构估算时的控制风振系数的数值。关键词：球面巨型网格结构；自动成形；风荷载模拟；随机

5、振动；时程分析；动力特性；风荷载响应II硕士学位论文AbstractForthedevelopmentofspacestructuretosuperlongspan,applyingtheconceptofreticulatedmega-structuretoconventionalsphericalreticulatedstructures,anewstructureisputforwardinthispaperwhichissphericalreticulatedmega-structure.Therib-ringsph

6、ericalreticulatedmega-structureisresearchedonstructuralforms,dynamicalcharacteristic,wind-inducedresponse.Atfirst,thegeometricalconnectionsofthemainstructureofsphericalreticulatedmega-structureareanalyzedandcorrespondingcontrolparametersarebroughtforward.Thestyleof

7、sub-structuresandtheconnectionsofsub-structureswiththemainstructureareanalyzed.AutomaticconfigurationisdescribedandaprogramisdevelopedforcreatingthestructureautomaticallyunderAutoCADwithVisualC++.Somenecessaryforetreatmentprogramsaredevelopedfortime-historyanalysis

8、towind-induceddynamicresponseofreticulatedstructureandaninterfaceprogramtoANSYSisdeveloped.Supportstylesofthemainstructurearealsodiscussed.Thewor