1、輪輻式索膜結構具有質量輕、受力合理、跨越跨度大等優(yōu)點。該結構由內環(huán)索、徑向索(脊索、谷索)和壓環(huán)等構件組成,索系預應力水平及應力分布對整個結構的剛度和受力性能起著至關重要的作用。由于施工偏差、荷載及環(huán)境等因素的影響,會導致拉索應力分布不均勻、預應力松弛、連接節(jié)點銹蝕等損傷,從而導致結構的受力性能發(fā)生明顯變化,在地震、颶風等偶然荷載作用下產生潛在的破壞危險。因此,對該類結構開展損傷情況下的動力性能研究十分必要。
　　論文以世紀蓮體育

2、中心為背景,通過定性模型試驗測試、有限元模擬分析等手段,對輪輻式索膜結構損傷情況下的風致振動、抗震性能和抗倒塌性能進行深入研究,取得了以下幾個方面的創(chuàng)新性研究成果:
　　(1)在風洞試驗測試基礎上,根據(jù)逆傅立葉變換技術和頻率雙索引概念,在諧波合成法的基礎上,借助Matlab程序,構造本結構120個節(jié)點的脈動風速時程,通過ANSYS有限元程序建立結構的有限元模型,將構造的脈動風速時程施加于結構模型上,分析索松弛損傷情況下結構的風致振

3、動情況。得到了風荷載作用下結構動力反應的基本規(guī)律以及損傷情況下結構的敏感風向角(63°和135°風向角);得到了結構整體動力放大系數(shù)的分布規(guī)律,認為由風洞試驗確定的壓力分布系數(shù)和風振系數(shù)宜乘以結構損傷動力調整系數(shù)(取值為1.1),以防止索系預應力松弛或分布不均勻帶來的結構動力效應放大,同時給出了結構損傷情況下動力放大系數(shù)計算公式。
　　(2)在以上有限元模型基礎上,分析了輪輻式索膜結構的動力特性和損傷情況下的抗震性能。結果表明:該

4、結構自振頻率較低,頻譜集中,頻率跳躍現(xiàn)象不明顯,結構動力特性復雜,且結構模態(tài)質量參與系數(shù)與考慮的振型階數(shù)有關;為保證各方向的模態(tài)質量參與系數(shù)達到90％以上,建議反應譜分析時,其振型取到140階以上;不同類型地震波作用下本結構的地震反應差別不大,地震分析時可考慮只采用一種地震波進行,但不同方向及多維組合作用對結構的危害主次不明顯,應受到同樣的關注;索松弛情況下,設計地震作用的內力和位移反應均有可能大于本地區(qū)設計風荷載作用下結構的反應,結構

5、設計時應分別進行整體結構地震作用和風荷載作用下的內力分析。
　　(3)按1:60的縮尺比例制作定性模型,進行靜力性能試驗和數(shù)值分析,得到了結構損傷情況下的力學反應和響應規(guī)律。分析表明:索松弛對結構的整體剛度和屈服荷載影響較小,但對結構的極限荷載和耗能能力影響較大;壓環(huán)、腹桿等的剛度對結構的極限荷載和耗能能力影響較大,通過擬靜力分析,得到了此類結構上壓環(huán)、腹桿、下壓環(huán)、柱之間的合理剛度比:1:1.2:1.3:4.8。
　　(4

6、)對定性模型進行動力損傷測試,并對原型結構進行抗倒塌數(shù)值分析,研究了局部索破壞對結構性能的影響。分析表明:動力測試設備無法精確靈敏地捕捉結構密集的頻率,通過動力特性測試來監(jiān)測本結構損傷、判斷結構損傷程度和損傷部位非常困難;輪輻式索膜結構主要構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、內環(huán)索;重要構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