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张弦结构是一种新型的预应力钢结构形式,由于其受力合理的特点在国内外工程实践中得到了较多应用。本文通过试验研究和理论计算,分析了大跨度双向张弦结构的动力特性和以及在二维地震反应下的抗震性能,主要完成了以下几方面的工作:
根据试验模型尺寸建立有限元模型,利用ANSYS软件对张弦结构进行了模态分析,并输入不同场地类型的地震波进行地震反应分析。
对双向张弦结构模型进行了振动台台阵试验。首先进行了试验的设计,包括试验相似比的确定、施加配重的布置图、试验模型的加工制作、振动台输入地震波的选取、测点布置以及试验加载步骤的确定;之后通过共振法、脉动法和自由振动法得到了双向张弦结构的前几阶自振频率及其振型;通过分析敲击响应曲线、自由衰减曲线、环境振动曲线以及其功率谱得到了结构的阻尼比及前几阶的自振周期,并将理论分析结果与试验结果进行了对比,两者吻合较好。通过对结构自振特性的分析可知,结构基本振型以竖向振型为主,所以张弦结构竖向刚度较小,水平刚度较大,同时频率分布比较密集。接着考虑单向滑动支座、铰支座和固定支座三种约束条件下,分别输入E1-Centro波、Taft波、Tianjin波、人工波对结构进行振动台试验,试验测得结构反应的加速度、应变、内力等,对同种约束不同地震波下结构反应的试验数据进行分析,不同约束下同种地震波输入下的实验数据比较分析,同时将试验结果和有限元分析结果比较,二者比较吻合。
本文通过对张弦结构的试验研究和模型的理论分析,了解了双向张弦结构在二维地震反应下的规律,取得了相应结论,并对进一步深入的研究工作进行了展望。