张拉膜结构自振特性分析
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化规律 。
关键 词 : 结构 , 膜 自振振型 , 自振频 率, 抗风 中图分类号 :U 5 T 33 文献标识码 : A
膜 建筑是 2 O世纪 7 0年代发展 起来 的一种新 型建筑 体系 , 是
针对结构 自振特性 的研 究 , 数值 分析 的角度 归结 为式 ( ) 从 5
频 振 空间结 构的重要组 成部分 。柔 性 的膜结 构 的结 构组 成材 料本 身 的广义特征值 问题 , 率 的平 方 项是 特征 值 , 型 是特 征 向量。 没有受压性能 , 只能通 过施加 预应力 , 膜或 者加 强索获 得必 要 本文采用 Lnzs 使 a co 向量 迭代 法求解式 ( ) 5 的广义特征值 , 计算 出结
为 以确定 的张拉刚度 , 而形成抵抗外 部荷载 的结 构抗 力 。膜结 构体 型复 构 的振型 向量后 , 了确定 各阶振 型在 总反应 中 的大小 , 从
杂, 对风振作用敏感 , 在风动力作用下 , 结构 的反应 除了和动 荷载 后续计算所需要 的模态 阶数 , 就需要计算结构的振型参与系数 。 本身有关 , 结构 还容易 出现机 构性 特征 , 以研究 膜结构 的 动力 所
动力特性分析 的基础和关键 。
结构 为多 自由度体 系 , 结构 自由度 数为 n 由式 ( ) 次 假设 , 5n
应相应 振型。全 部振 型构成 的振型矩 阵为[ ] : V [ F ]=[ [ { } ] 肘] 。
特征 ( 例如 自振频率 或振型 ) 为重要 。膜 结构 的 自振 特性 是风 代数方程式必有 n 根 , 解得 全部 自振频率 , 一 自振来自百度文库 率对 尤 个 求 每
( M) = K一 O () 4
=
M { { { 。 / E } Mt E }
r = / } { } } z { ‘ { 。 ( 肘 + ) ( } ] }+{ } [ Mx+ / { [ { 肘]{ }+ ’
结构 自由振 动 时, 节 点振 幅 不 可 能全 部 为零 , 各 因此 式 { }[ { } 。 。 M] ) 。 () 4 的系数行列式必须等于零 :
5 结 语
避免类似事故 的发生 。 由调查结果可知 , 围墙在设 计 、 该 施工 和构 造要 求各 方 面均 量 , 存 在问题 , 但从 本次 围墙倒塌 情况 分析 , 主要原 因是 由于 围墙 参 考 文 献 : 其 设计不合理导致其承 受风 荷载低 及施 工质 量差导 致其 构造柱 柱 [ ] G 0 0 - 0 , 体结构设计规范 [ ] 1 B5 0 32 1砌 0 s. 底与地梁胶结差引起 的。 [ ] G 00 - 0 , 2 B5 0 92 1 建筑结构荷栽规范 [ ] 0 s. B5 0 02 2 混凝土结构设计规 范[ ] 0 s. 因此 , 在进行 围墙设计 和施工时 , 合理设 置分 隔缝 的距 离、 [ ] G 0 1 - 0 , 应 3
1 膜 结构 自振 特性分 析 的有 限元 方法
在采用有 限元方法分析结构 的振动 问题 时 , 构的 自振 分无 结 阻尼 自振和阻尼 自振 两种情 况。当不 考虑外 部荷 载及 阻尼 运动 时 , 构的振动平衡微分方程 : 结
[ = r[ { 。 ,] [ 肘] E }
[ ]=[ [ ] E } { 。
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自由振动时 , 各质点均 做简 谐运 动 , 质 点位 移及 加速 度可 各
以表示成 :
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[ ] }[ ] 砖 }[ ] } ={ , ={ , ={ 。
模 态质量是反映该模 态参 与动力 反应 大小程 度 的一个 重 要
张 拉 膜 结 构 自振 特 性 分 析
童 晶
摘 要: 主要 从有 限元 的基本原理入手 , 并采用 BokLn zs l aco 方法分析 了一个典 型的膜结构 的振 型, c 并讨论 了膜预应 力, 边索预应 力 , 矢跨 比, 的张拉 刚度 , 索张拉 刚度 对膜 结构 自振频 率的影 响 , 出了备 因素对膜结构抗 风性能 的影响 变 膜 边 得
J ∞M I 0 K一 :
其 中 , 为第 i r i 阶模 态 的振型 贡献率 ; r , 分别 为第 i 阶 () 模 态在 x y 方 向的振 型贡献率 , , , 分别为模 态质量 xy 5 ,, 眠 ,, 墙体高度 、 构造柱长短边方 向及严格控 制构造柱 与地梁 的胶结 质
其 中 ,E } { ,E t 别为 , , 方 向的选择 向量 ; M] { ,E } { 分 ,z , [
振型矩阵关于质量矩阵 已经 已经正交化 。 ( ) 为质量矩 阵 , 1 向量 { 的 内积等 于该 方 向 向量 的总 和。因此 , 以定义 i ,} 可 其 中, ] [ 为结 构质 量矩 阵 ; } { 为节点 振幅 向量 ; ] [ 为结 阶模态 质量 为 : 构几何 刚度矩 阵。
・
3 ・ 0
第3 8卷 第 1期 2012年 1月
S HANXI AR CHI E T T C URE
山 西 建 筑
Vo . 8 No I 3 .1
J n 2 2 a. 01
文章编号 :0 9 6 2 ( 0 2 O 一0 0 0 10 ・8 5 2 1 ) l0 3 - 2
因此 , 定义模态 质量 与总质量 的 比率为振型贡献率 : ( ) 参数 , 2
() 3
U= 一 % cs t o ̄
r = / } 肘} } x { { { 。
=
其 中, 为振 型向量 ; 为与 相对应 的频率 ;为时间。 t o f 将式 ( ) 式( ) 2 , 3 代入式( ) , : 1中 得
关键 词 : 结构 , 膜 自振振型 , 自振频 率, 抗风 中图分类号 :U 5 T 33 文献标识码 : A
膜 建筑是 2 O世纪 7 0年代发展 起来 的一种新 型建筑 体系 , 是
针对结构 自振特性 的研 究 , 数值 分析 的角度 归结 为式 ( ) 从 5
频 振 空间结 构的重要组 成部分 。柔 性 的膜结 构 的结 构组 成材 料本 身 的广义特征值 问题 , 率 的平 方 项是 特征 值 , 型 是特 征 向量。 没有受压性能 , 只能通 过施加 预应力 , 膜或 者加 强索获 得必 要 本文采用 Lnzs 使 a co 向量 迭代 法求解式 ( ) 5 的广义特征值 , 计算 出结
为 以确定 的张拉刚度 , 而形成抵抗外 部荷载 的结 构抗 力 。膜结 构体 型复 构 的振型 向量后 , 了确定 各阶振 型在 总反应 中 的大小 , 从
杂, 对风振作用敏感 , 在风动力作用下 , 结构 的反应 除了和动 荷载 后续计算所需要 的模态 阶数 , 就需要计算结构的振型参与系数 。 本身有关 , 结构 还容易 出现机 构性 特征 , 以研究 膜结构 的 动力 所
动力特性分析 的基础和关键 。
结构 为多 自由度体 系 , 结构 自由度 数为 n 由式 ( ) 次 假设 , 5n
应相应 振型。全 部振 型构成 的振型矩 阵为[ ] : V [ F ]=[ [ { } ] 肘] 。
特征 ( 例如 自振频率 或振型 ) 为重要 。膜 结构 的 自振 特性 是风 代数方程式必有 n 根 , 解得 全部 自振频率 , 一 自振来自百度文库 率对 尤 个 求 每
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结构 自由振 动 时, 节 点振 幅 不 可 能全 部 为零 , 各 因此 式 { }[ { } 。 。 M] ) 。 () 4 的系数行列式必须等于零 :
5 结 语
避免类似事故 的发生 。 由调查结果可知 , 围墙在设 计 、 该 施工 和构 造要 求各 方 面均 量 , 存 在问题 , 但从 本次 围墙倒塌 情况 分析 , 主要原 因是 由于 围墙 参 考 文 献 : 其 设计不合理导致其承 受风 荷载低 及施 工质 量差导 致其 构造柱 柱 [ ] G 0 0 - 0 , 体结构设计规范 [ ] 1 B5 0 32 1砌 0 s. 底与地梁胶结差引起 的。 [ ] G 00 - 0 , 2 B5 0 92 1 建筑结构荷栽规范 [ ] 0 s. B5 0 02 2 混凝土结构设计规 范[ ] 0 s. 因此 , 在进行 围墙设计 和施工时 , 合理设 置分 隔缝 的距 离、 [ ] G 0 1 - 0 , 应 3
1 膜 结构 自振 特性分 析 的有 限元 方法
在采用有 限元方法分析结构 的振动 问题 时 , 构的 自振 分无 结 阻尼 自振和阻尼 自振 两种情 况。当不 考虑外 部荷 载及 阻尼 运动 时 , 构的振动平衡微分方程 : 结
[ = r[ { 。 ,] [ 肘] E }
[ ]=[ [ ] E } { 。
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自由振动时 , 各质点均 做简 谐运 动 , 质 点位 移及 加速 度可 各
以表示成 :
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[ ] }[ ] 砖 }[ ] } ={ , ={ , ={ 。
模 态质量是反映该模 态参 与动力 反应 大小程 度 的一个 重 要
张 拉 膜 结 构 自振 特 性 分 析
童 晶
摘 要: 主要 从有 限元 的基本原理入手 , 并采用 BokLn zs l aco 方法分析 了一个典 型的膜结构 的振 型, c 并讨论 了膜预应 力, 边索预应 力 , 矢跨 比, 的张拉 刚度 , 索张拉 刚度 对膜 结构 自振频 率的影 响 , 出了备 因素对膜结构抗 风性能 的影响 变 膜 边 得
J ∞M I 0 K一 :
其 中 , 为第 i r i 阶模 态 的振型 贡献率 ; r , 分别 为第 i 阶 () 模 态在 x y 方 向的振 型贡献率 , , , 分别为模 态质量 xy 5 ,, 眠 ,, 墙体高度 、 构造柱长短边方 向及严格控 制构造柱 与地梁 的胶结 质
其 中 ,E } { ,E t 别为 , , 方 向的选择 向量 ; M] { ,E } { 分 ,z , [
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第3 8卷 第 1期 2012年 1月
S HANXI AR CHI E T T C URE
山 西 建 筑
Vo . 8 No I 3 .1
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文章编号 :0 9 6 2 ( 0 2 O 一0 0 0 10 ・8 5 2 1 ) l0 3 - 2
因此 , 定义模态 质量 与总质量 的 比率为振型贡献率 : ( ) 参数 , 2
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其 中, 为振 型向量 ; 为与 相对应 的频率 ;为时间。 t o f 将式 ( ) 式( ) 2 , 3 代入式( ) , : 1中 得