双向张弦桁架静力性能模态分析参数自振频率地震反应硕士论文

张弦梁结构静力性能及自振特性研究进展
邓锋;马瑞;燕冠羽;谭媛元;惠存
【期刊名称】《陕西建筑》
【年(卷),期】2022()1
【摘要】张弦梁结构是由下弦拉索、刚型撑杆、上弦抗弯受压构件组合形成的一种自平衡结构体系。

张弦梁结构在我国发展迅速,该结构具有跨度大、自重小、施工便捷等优点。

本文介绍了张弦梁结构的起源与概念,从上弦梁的截面特性、撑杆数量、垂跨比、预应力取值四个方面总结了张弦梁结构的静力性能,并对张弦梁结构的自振特性研究进行了分析总结,以期促进张弦梁结构在工程中的广泛应用。

【总页数】6页(P25-30)
【关键词】张弦梁;静力性能;垂跨比;自振特性
【作者】邓锋;马瑞;燕冠羽;谭媛元;惠存
【作者单位】中原工学院建筑工程学院;陕西省建筑科学研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU394
【相关文献】
1.大跨度张弦桁架结构静力和自振特性研究
2.张弦梁结构的自振特性研究
3.大跨度张弦梁结构的自振特性研究
4.张弦梁结构的自振特性分析
5.辐射式张弦梁结构自振特性和地震响应分析
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基于ANSYS的桁架结构地震响应分析地震是造成桥梁破坏的重要原因之一。

为降低地震造成的损失，需要对桥梁的地震响应进行相应的分析，使桥梁在设计上满足抗震要求。

80m下承式简支钢桁架桥在铁路工程中被广泛使用。

设某桥跨度为80m，宽度为24m，高度为13m，两侧桥墩为重力式，杆件截面为H型，由两块竖板和一块横板焊接而成，如图1所示，图中1为上下弦杆，2为端斜杆，3为竖杆，4为腹杆。

竖向活载采用铁路标准活载。

1 ANSYS分析方法1.1 谱分析技术谱分析技术是一种将模态分析结果与一个已知的谱联系起来，然后计算模型的位移和应力的分析技术。

主要用于确定结构在随机载荷或时间变化载荷作用下的动力响应，如地震、风载等。

ANSYS的谱分析方法主要有：单点响应谱分析，多点响应谱分析，动力设计分析，功率谱密度分析。

1.2 瞬态动力学分析瞬态动力学分析也称时间历程分析，可以用来分析结构在承受任意的、随时间变化的载荷作用时的动力响应。

有如下三种方法：1）Full法：采用完整的系统矩阵计算瞬态响应，允许有结构非线性特性。

2）Reduced法：采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模，先计算主自由度位移，然后将其扩展到初始的完整自由度上。

3）Mode Superposition法：通过模态分析得到的振型，再乘以参与因子并求和来计算结构的响应。

2建立有限元模型2.1 单元的选择空间结构使用梁单元BEAM188模拟，该三维单元适用于分析细长的梁。

元素基于Timoshenko梁理论，具有扭切变形效果，此元素能很好的应用于线性分析以及大偏转、大应力的非线性分析。

2.2 材料的属性所设计的H型截面杆件，其相关参数如图1所示，并设置E=2.0e+11、μ=0.3、ρ=7850kg/m3。

2.3 建立空间几何模型根据图1所示桁架桥结构，在ANSYS中建立空间有限元模型。

共40個节点，94个单元。

3地震波瞬态分析3.1地震波参数采用El Centro地震波进行模拟分析，其时程曲线如图2所示。

桁架门式起重机结构特性分析作者：文广刘平平左芳君赵雪芹苏睿来源：《成都工业学院学报》2018年第04期摘要：以某桁架门式起重机为研究对象，利用有限元软件ANSYS对其金属结构的静、动态特性进行分析。

通过静态分析得出，该门式起重机金属结构在设计载荷作用下的最大拉应力发生在右支腿上与主梁结合面处，最大压应力发生在主梁跨中部位，上述应力值均小于材料的许用应力，结构的静强度设计符合要求;通过模态分析得出，该桁架门式起重机金属结构在非工作状态下的前6阶模态表现如下：第1及第2阶模态主要表现为整机结构的摆动振型，第3、4阶模态主要表现为左、右支腿的摆动振型，第5、6阶模态主要表现为主梁的弯曲振型;通过谐响应分析结果可以看出，第5阶模态是对结构动态特性影响最大的模态。

研究结果为该门式起重机金属结构的进一步优化提供了理论基础。

关键词：桁架门式起重机;有限元;静态特性;动态特性;模态分析;谐响应分析中图分类号：TH21文献标志码：A文章編号：2095-5383（2018）04-0001-05门式起重机作为起重机的一种重要结构形式，在港口、建筑工地、物流货场等区域得到了广泛的使用，是使用量最大的起重运输机械之一[1-2]。

金属结构是其主要的承载部件，由于门式起重机经常工作于恶劣的环境，长期承受周期性的大冲击载荷，为了避免其结构失效，在设计时有必要对其包括静、动态特性在内的安全性能进行研究[3]。

传统的起重机设计方法主要依靠经验和类比，采用这些方法设计出的起重机往往比较笨重[4]，且设计过程较为繁复。

随着计算机技术的发展，以有限元法为代表的现代设计方法已经在起重机设计领域得到了大规模的应用，并取得了良好效果。

郭俊材等[5]利用有限元软件，在模态分析基础上，研究了某L 型门式起重机金属结构的尺寸参数对其动态特性的影响，通过研究确定了灵敏度较大的参数。

任德斌等[6]基于有限元法对某桥式起重机的主梁进行了分析，考察了主梁的强度和刚度是否满足要求。

以张弦梁结构为基础的地震工程设计研究地震工程设计研究是为了确保建筑物在地震发生时能够承受地震力并保持结构的完整，进而保护生命财产安全。

张弦梁结构作为一种常见的地震抗震结构，具有良好的抗震性能和工程实用性。

本文将针对张弦梁结构进行地震工程设计研究，包括结构特点、设计准则、地震荷载计算、结构分析和抗震设计等方面的内容。

一、张弦梁结构特点张弦梁结构采用带刚度梁柱连接的单层或多层框架结构，其中的承重构件采用刚性悬臂柱。

张弦梁结构具有以下特点：1. 结构刚度大：刚性悬臂柱的设置使得结构的刚度增加，提高了结构的整体刚度。

2. 塑性变形能力强：张弦梁结构具有较好的变形能力，能够在地震中通过塑性变形来吸收地震能量，减小结构的震动响应。

3. 施工简便：张弦梁结构的施工相对简单，适合于大批量工业化施工。

二、设计准则在进行张弦梁结构地震设计时，需要遵循以下准则：1. 地震抗震性能目标：根据结构用途、地震烈度和重要性等级，确定地震设计的性能目标，包括建筑物的安全性、可用性和经济性。

2. 结构可靠性：确保结构在预定地震作用下，满足一定的可靠性要求，并在安全边界内工作。

3. 构件抗震性能：保证结构各构件在地震作用下均具有足够的抗震能力，充分考虑其破坏模式、延性和耗能能力。

三、地震荷载计算在进行张弦梁结构地震荷载计算时，需要考虑以下因素：1. 地震烈度：根据工程所在地的地震烈度等级，确定设计地震动参数，包括峰值加速度、地震响应谱等。

2. 地基条件：考虑工程所在地的地基条件，包括土壤类型、场地类别等，对地震荷载进行相应调整。

3. 结构周期：根据结构的周期和特征周期，确定结构的地震反应系数，并进行荷载计算。

四、结构分析结构分析是地震工程设计的重要环节，包括静力弹性分析和动力分析两种方法。

在进行张弦梁结构分析时，可采用以下方法：1. 静力弹性分析：首先假设结构处于弹性状态，根据结构的初始刚度矩阵和外力作用计算结构的内力和位移，进而判断结构的稳定性和完整性。

新型张弦桁架与普通桁架的模态对比分析本課题结合管桁架结构和张弦梁结构的力学和构造特点，通过在管桁架的下弦加竖直撑杆，同时配置拉索并施加预应力，此即为新型张弦桁架结构。

它可以看作是张弦梁加竖直撑杆时的一种特殊结构形式。

张弦桁架结构不仅具有管桁架的优点，同时又克服张弦梁的许多不足。

标签：新型张弦桁架结构；普通桁架；预应力；动力；1、前言在钢结构中采用加预应力的方法，在十九世纪末就已出现.1887年，俄国专家茹霍夫设计的莫斯科百货商场的拱形屋盖结构，就是最早的预应力结构之一，美国、前苏联、德国都有许多建筑采用了预应力钢结构形式。

预应力钢桁架结构，早在上世纪70年代就有学者提出，并在矿山、皮带运输机的型钢桁架结构中运用，预应力钢网格结构在上世纪90年代中期开始研究与应用，如上海影业公司的平板型组合网架，广东清远市、高安市新兴、连州市阳山县、广西桂平市的体育馆屋盖结构都分别采用预应力组合扭网壳结构和预应力双曲扁网壳结构，还有已经通过国内知名专家组论证，并且应用于成都国际会议展览中心的大跨度下弦管内预应力空间管桁架结构等等，这些均取得较好的经济效益。

2、模型简介2.1新型张弦桁架模型模型是在原成都国际会议展览中心空间预应力钢桁架模型（缩尺1/9）的基础上改进得到新型空间预应力张弦桁架，桁架的几何尺寸如图1所示，跨度11.6m。

模型计算相当于柱距6m，恒载0.5KN/m2，活载0.5KN/m2的实物试验。

桁架支座采用橡胶支座，钢管的弹性模量：E=2.05x105N/mm2 ，钢管的强度设计值：f=215N/mm2，钢绞线的弹性模量E=1.95x105N/mm2 ，钢绞线的强度标准值：fk=1860N/mm2 ，钢绞线的强度设计值：fp=1320N/mm2 。

新型张弦桁架的上弦及腹杆采用Φ48×3 Q235钢管，下弦及撑竿采用Φ76×3.5 Q235钢管，下弦布置一根7Φ5钢绞线，支座设计为一端固定，另一端作为张拉端，在水平方向可自由滑动。

多向张弦梁结构在地震和风荷载下的动力响应及抗震性能研究在地震和风荷载下，多向张弦梁结构的动力响应及抗震性能是一个重要的研究领域。

本文将探讨多向张弦梁结构在地震和风荷载下的动力响应特性以及其抗震性能的研究成果。

首先，多向张弦梁结构在地震荷载下的动力响应成为一个关键问题。

地震是一种破坏力极强的自然灾害，其引起的地面运动会对建筑物和桥梁等结构产生较大影响。

多向张弦梁结构由于其特殊的结构形式，具有较好的抗震性能。

通过对多向张弦梁结构在地震荷载下的动力响应研究，可以了解其在地震中的变形、振动特性以及对地震荷载的耐久性。

通过了解其动力响应特性，可以为多向张弦梁结构的抗震设计和抗震加固提供理论和实践依据。

其次，多向张弦梁结构在风荷载下的动力响应也是研究的重点。

风荷载是结构工程中必须考虑的外部荷载之一。

多向张弦梁结构由于其特殊的结构形式，经受风荷载时具有较好的抗风性能。

通过研究多向张弦梁结构在风荷载下的动力响应，可以了解其在风场中的应力、变形以及对风荷载的稳定性。

通过了解其动力响应特性，可以为多向张弦梁结构的抗风设计和抗风加固提供理论和实践依据。

此外，在研究多向张弦梁结构的动力响应及抗震性能时，还需要关注以下几个方面。

首先，需要考虑结构的材料特性、几何形态和力学性能对结构响应的影响。

不同材料具有不同的抗震性能，不同的结构形态也会对响应产生影响。

其次，需要合理选择适当的地震加速度和风速作为荷载输入，以模拟实际的地震和风环境。

并采用适当的地震和风荷载模型进行计算。

此外，还需要研究结构在不同参数变化下的响应特性，以分析结构的稳定性和抗震性能。

对于多向张弦梁结构的抗震性能研究，可以采用数值模拟和试验研究相结合的方法进行。

数值模拟可以通过建立合理的数学模型，利用计算机程序进行分析和计算，得到结构的动力响应。

试验研究则通过在实验室中构建模型，进行真实的振动实验，获取结构的动力响应数据。

两种方法相互验证，可以更加准确地评估多向张弦梁结构的抗震性能。

多向张弦梁结构对桥梁自振频率的影响研究自振频率是桥梁结构设计中重要的参数之一，对于确保桥梁的稳定性和安全性具有重要意义。

在桥梁结构中，张弦梁结构被广泛应用，因其具有较好的刚度和强度特性。

本篇文章将探讨多向张弦梁结构对桥梁自振频率的影响。

首先，我们需要了解什么是自振频率。

自振频率又称为固有频率，是指在受到激励后，结构以最大振幅随时间振动的频率。

它是由结构的自身特性决定的。

对于桥梁结构而言，自振频率的研究可以帮助工程师确定合适的振动频率范围，以避免发生共振现象，从而确保桥梁的稳定和安全。

多向张弦梁结构是一种由多个主梁组成的结构形式，其配置方式可以是平行布置、空间布置或者其他方式，通常采用斜交交叉形式。

这种结构形式的优势是可以增加结构的刚度和强度，并且在抗震性能方面具备较好的表现。

多向张弦梁结构之间的连接可以通过节点来实现，节点的形式也具有多种多样。

多向张弦梁结构对桥梁自振频率的影响主要体现在以下几个方面。

首先，主梁的长度和截面形状会直接影响桥梁的自振频率。

在多向张弦梁结构中，主梁的长度可以根据实际需要进行调整。

通常情况下，主梁的长度越长，桥梁的自振频率越低。

这是因为较长的主梁会使桥梁整体刚度增加，从而导致自振频率下降。

同时，主梁的截面形状也会对自振频率产生影响。

截面形状越大，桥梁的自振频率越低。

其次，节点的位置和形式也会对桥梁自振频率产生影响。

在多向张弦梁结构中，节点的位置是连接不同主梁的关键点。

节点的位置和形式的选取会影响桥梁的刚度分布和模态响应，从而影响自振频率。

一般来说，节点位置的选择是根据桥梁的结构形式和工程要求进行优化的。

节点的形式可以是刚性连接、半刚性连接或者柔性连接。

刚性连接节点会增加桥梁的刚度，从而使自振频率升高；柔性连接节点则会降低桥梁的刚度，自振频率降低。

此外，桥梁的材料特性也会对自振频率产生影响。

在多向张弦梁结构中，常用的材料包括钢材和混凝土。

钢材具有较高的刚度和强度，因此使用钢材制造的主梁可以减小桥梁的自振频率。