天津极地海洋馆大跨度异形双层网壳结构力学性能研究

摘要

网壳结构作为一种曲面型空间网格结构，其力学性能的研究日益受到重视。本文以天津极地海洋世界海洋馆屋盖网壳结构为背景，利用ANSYS有限元分析软件对大跨度异形双层网壳结构进行了静力性能分析、温度效应分析、自振特性及反应谱分析和动力时程分析。
　　 本文首先介绍了该网壳结构的工程概况、结构形式、计算模型和荷载工况(包括恒荷载、活荷载和风荷载)及组合，然后利用ANSYS软件对网壳结构进行静力性能分析，研究网壳结构在荷载组合作用下的支座反力、杆件应力和节点位移。分析显示该网壳结构空间整体作用较强，结构刚度足够大，内力分布比较均匀，具有良好的静力特性。
　　 其次，本文介绍了温度作用的概念，研究了该网壳结构在年温温度荷载作用下的力学性能，分析显示温度作用对该网壳结构的水平支座反力和节点位移影响较大，竖向反力和杆件应力影响较小。在温度荷载参与的荷载组合作用下，该网壳的支座反力、杆件应力、节点位移均满足设计要求。
　　 再次，本文利用模态分析研究网壳结构的自振特性，分析结构体系的合理性以及进行振型截断分析。利用振型分解反应谱法研究网壳结构在多向地震作用下的动力响应，分析结构各部分杆件动内力分布规律。将地震作用与其他荷载进行组合，对网壳结构的抗震性能进行分析。地震作用下网壳大部分杆件的动内力远小于静内力，该网壳结构的抗震设计满足要求，具有良好的抗震性能。
　　 最后，本文对该网壳结构进行了多向单点激励动力时程分析和考虑行波效应的多点激励动力时程分析。该网壳结构的动力时程响应同谱分析结果满足“在统计意义上相符”，反应谱分析能很好地反映该网壳结构的动力响应。考虑行波效应的多点激励下，网壳结构的动力响应小于一致激励下的动力响应，该网壳结构设计时可不考虑行波效应的影响。