大跨度空间结构的发展;
1,研究方法的进步
结合具体工程,开展了大量的试验研究,包括悬索、网格结构、网壳、组合结构和张拉整体结构。编制了大量计算程序,对各种空间结构体系进行计算分析,揭示了各种新型结构的动力特性和地震反应特性以及随参数变化的规律。给出了各种空间结构的响应规律,实验结果与计算分析值基本吻合。新的研究成果使新结构、新体系层出不穷,极大地丰富了空间结构领域,也进一步展示了我国建筑科技水平的不断提高。
2.计算理论的进展
空间结构的计算理论是从弹性分析到弹塑性地震反应分析。在多遇地震下按弹性阶段计算的同时,还要防止结构在罕遇地震下倒塌,并考虑设计经济性对结构进行弹塑性分析。基于圆杆截面空间梁系的弹塑性本构关系,结合分裂有限元法、Newmark逐步积分法和Euler Newton-RaPhaon迭代法,编制了空间网壳结构的弹塑性地震反应时程分析程序,给出了单层球面网壳和单层柱面网壳的弹塑性反应规律以及斜拉网格结构的弹塑性反应规律,推导了单元的弹塑性刚度矩阵,并计算了双层和单层柱面网壳的弹塑性反应考虑几何非线性对柔性结构的影响,计算精度大大提高,计算理论不断完善。
此外,进一步明确了空间结构和支撑体系的协同工作性能。存在
在对这类结构的初步分析中,大多采用了离散分析法。考虑到计算机容量和计算时间,支撑体系常被三向固定铰支撑代替,空间结构和支撑分开,P单独计算。但由于实际支撑体系在三个方向上往往不是无限的,所以周围的简支模型比实际的要大,后来发展到弹性支撑的空间结构计算模型。关于* * *协同工作问题,空间结构学界一直在不断研究,提出了混凝土支撑的各种钢网架结构和不同材料组合体系的简化阻尼公式,给出了弹性支撑的修正计算模型。现有的分析软件也逐渐实现了整体分析。
3.结构抗震分析理论的发展。
大跨度空间结构的抗震分析已经从一维地震反应分析发展到多维地震反应分析。由于地震时的地震动是多维的,各个方向的地震动引起的地震反应一般都是同一个数量级的,因此需要对多维地震反应进行分析,以便更真实地掌握结构地震反应。地面运动有六维分量。由于结构设计形式尽量统一对称,而计算转动分量会带来太多的土石方,所以三个平动分量是前期研究的主要输入。为了考虑三维地震输入,对空间网壳结构进行了时程分析。近年来,北京工业大学引用林嘉豪等人提出的一维虚拟激励法,推导出网架结构多维地震输入的虚拟激励随机分析方法,编制了相应的程序,提出了随机参数选取方法。利用该程序,对单层、双层柱面网壳和球面网壳进行了系统的多维地震反应分析,得出了一些有益的结论。
4.空间结构的隔震与控制分析
结构振动控制包括基础隔震、被动控制、主动和半主动控制以及近年来提出的智能控制。土木结构振动控制的研究和应用已有大约30年的历史。橡胶支座在我国已广泛应用于空间结构的隔震,但空间结构振动控制的研究尚处于起步阶段,并取得了两项可喜的科研成果。在基础隔震方面,同济大学、浙江大学等单位给出了各种支座的隔震性能和设计计算方法。浙江大学提出了适用于网格结构的粘弹性阻尼材料代替橡胶支座,北京交通大学开发了地震减震方向旋转的万向支座并获得专利。在网壳结构控制方面,哈工大提出了具有多个TMD调频质量阻尼器的MTMD系统,建立了随机振动计算模型,利用传递函数算法和非线性数学规划方法确定了其最优控制参数,分析了各种单层网壳的振动控制。设计粘滞阻尼器并安装在网壳结构上,进行地震模拟振动台试验,并得出相关结论。北京工业大学对网壳结构的半主动控制进行了研究,提出了用变刚度变阻尼半主动控制器代替网壳杆件的方法,并给出了控制杆件的最优布置准则。兰州理工大学提出用约束屈曲支撑代替网壳结构的部分构件。利用通用有限元软件ANSYs对这种新型结构体系的各种形式进行了分析,找出了约束屈曲支撑在整个结构中的优化布置和影响规律。在参数分析的基础上,探索网壳结构阻尼系统的阻尼机理和变化规律,分析结构阻尼控制的关键因素。