考虑蒙皮效应的单层柱面网壳振动台试验及其性能研究

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蒙皮效应对于结构来讲是客观存在的,一直以来,我国在实际的结构设计中一般未将蒙皮效应因素考虑进去,而是做进一步的简化处理,以便于实际的结构分析。目前有关蒙皮效应的研究主要集中于轻钢结构中,以静力研究为主,有关动力方面的研究相对较少。因而本文以单层柱面网壳为研究对象,考虑其蒙皮效应对结构的影响,结合振动台试验,对其进行研究,主要研究内容及成果如下:  (1)结合北京工业大学实验室振动台实际情况,设计一个包含屋面板、檩条、立柱等细节构造的单层柱面网壳,并利用短柱和横梁与8个振动台相连,完成结构的安装。根据数值模拟结果确定了加速度传感器的方向、应变片的布置位置以及数量。  (2)根据预先确定的激振点位置,利用两台电磁激振器对激振点进行激励,获取网壳结构的自振特性。对比蒙皮效应对于结构自振特性的影响,测试结果表明,蒙皮效应对此结构自振特性影响明显。  (3)根据数值模拟结果,确定了三组一致地震动下的振动台试验工况,选用的地震波分别为Kobe波、Northridge、Qianan波。通过输入地震波,研究测点加速度及杆件应变的变化和影响,试验结果表明,蒙皮效应很大程度上影响了节点的加速度峰值。对于应变来讲,由于受到试验条件的限制,所施加的加速度峰值相对较小,而且结构刚度较大,因此,杆件应变及其变化值非常小。  (4)考虑到安装及拆卸方面,试验中将焊接球使用螺栓球进行替换,通过加大套筒的尺寸增加连接部位的转动刚度。本文通过精细化建模分析螺栓球节点的转动刚度并利用等效杆件进行简化,获得了与试验数据较为吻合的整体模型,实现了对该类结构的简化建模方法。  (5)结合已有的试验结果,建立了考虑屋面板、檩条、立柱的单层柱面网壳整体有限元模型,通过数值模拟研究蒙皮效应对于结构的影响,得出了一些具有一定参考价值的结论。
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