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弦支穹顶结构是在单层网壳和张拉结构的基础上发展起来的一种新型大跨空间结构,由于其发生动力失稳时具有和脆性断裂相似的特点,这种破坏的发生常会造成重大的人员伤亡和经济损失,因此对穹顶结构的非线性动力稳定性理论开展研究,具有重要的现实意义。
本文工作的主要内容有:
(1)针对天津保税区商务交流中心弦支穹顶结构大堂屋盖结构进行了三向地震波弹塑性分析,研究了结构失稳形态及临界荷载值,得出该结构在实际地震作用下几乎不可能发生动力失稳破坏的结论。
(2)对材料为弹塑性的单层球壳与弦支穹顶在三向地震动作用下的动力稳定性能进行了研究对比。结果表明:弦支穹顶的稳定性能比单层网壳有很大改善。
(3)分别对水平、竖向及三向El-Ccntro波作用下,90m跨度的弦支穹顶进行了弹塑性动力稳定性研究,同时考察了矢跨比的影响。发现穹顶的动力稳定性主要由地震动的水平分量决定,随跨度的增加,动力稳定临界荷载值增加;但穹顶较扁时(1/10),则有竖向震动分量决定,随跨度的增加,动力稳定临界荷载值增加。
(4)详细研究了均布荷载分别对结构稳定临界荷载影响情况,同时考察了矢跨比的影响。研究发现:各个矢跨比下,均布荷载增加,结构稳定临界荷载更小,结构稳定性更差;无论在何种均布荷载下,结构矢跨比越大,临界荷载越大,结构稳定性越好。
(5)考察了预应力值对结构动力稳定性的影响,同时考察矢跨比的影响。发现预应力值加大会在一定程度上改善结构的动力稳定性能,但效果并不理想;无论何种预应力值,结构矢跨比越大,临界荷载越大,结构稳定性越好。
(6)探讨了初始缺陷对弦支穹顶动力稳定性的影响,得出振型模态缺陷对较大矢跨比穹顶动力稳定性能有较大程度影响的结论。
(7)可见与El-Centro波相比,在Taft波作用下结构的动力失稳临界荷载显著减低,而在天津波作用下结构的动力稳定临界荷载稍微减低。结构无论输入何种地震波,随着矢跨比的增加结构的动力稳定临界荷载更高,动力稳定性能更好。
基于以上研究工作,本文找到了一种合适的判定结构动力稳定临界荷载的实用方法,并对弦支穹顶的动力稳定性能和失稳过程有了一个较为全面的认识。