[羅憶]點支式玻璃建筑單層索網體系的動力特性

　　3．試驗結果及比較分析
　　3. 1試驗曲線
　　 將通過H P3502A測到的結果數據文件導入計算機，先經L IF軟件轉為D0 S文件，然后通過63T0SDF軟件轉換為SD F文件，最后用V正W DATA軟件讀取數據文件，根據每種工況的結果選取如圖5所示的典型功率譜曲線(縱坐標S (f)為加速度功率譜有效值開方取對數處理后的值，橫坐標f5為分析帶寬頻率)進行分析，提取索網的前三階自振頻率。

　　3.2自振特性的有限元分析
　　3.2- 1有限元模型
　　采用大型有限元分析計算軟件ANSYS該單層索網進行模態分析。如圖6所示，模型中主索及水平索采用了三維只拉單元linkl0單元，拉索則采用壓link8單元。

　　為了便于簡化計算，在采用ANSYS進行分析時，將索網與鋼框架的連接視為固定端，只對索網進行分析。

　　3.22模態分析方法
　　柔性支承結構的剛度主要來源于桿件的初始預應力，而且索又是一種幾何非線性極強的結構，因此，在模態分析時必須考慮這兩方面的影響。

　　有限元分析中索的預應力靠設置初應變來實現。本文先根據試驗各級預應力的實際加載情況，初設一組應變值，然后反復調節直至模型中各索的內力基本滿足相應的試驗實測值，將調好的這組應變值進行模態分析，主要步驟分為兩步:

　　1))進行幾何大變形的靜力分析;

　　2)修正結點坐標，進行包含預應力影響的模態分析，讀取自振頻率及相應振型。

　　3.23有限元結果的提取
　　 通過以上的有限元分析提取索網的自振頻率及相應振型。圖7為一級預應力時的前兩階振型模態圖，前面所述的試驗測點工況就是根據這些結果設
計的。

　　3.3索網自振頻率的比較分析
　　圖8該單層索網在各級預應力下頻率試驗和有限元計算結果的對比，其中橫坐標F表示量綱一化的預應力，縱坐標fo為自振頻率。

　　從圖8中可以看出，理論與試驗值的變化趨勢很相似，試驗值皆位于有限元計算結果以上，兩者相差1. 01%～11. 330%，有限元計算中將索的支承視為固定未考慮支承鋼架的影響，這也是兩者存在差異的原因之一。

　　索網的頻率基本隨索內預應力的增加而呈弱非線性增長，并且隨著頻率階次的增加，曲線形狀逐漸由向上凹的趨勢增加。這表明，盡管索網是幾何大變形結構，但其頻率隨預應力的變化并未表現出明顯的非線性性質;低階頻率隨預應力的增長速度小于高階頻率的相應增長速度，即高階頻率與預應力之間的非線性性質更明顯。

　　為了研究玻璃對索網剛度的影響，本文還測定了加玻璃后索網的頻率，并與相應的有限元計算結果進行了對比，如表3所示，其中ft、ff分別為試驗測得頻率和有限元計算得到的頻率值。

　　從表3可以看出如下規律。

　　1)安裝玻璃前后索網頻率的有限元計算值與試驗值均比較接近，試驗值比有限元計算值大2.86%一10. 18%，兩者吻合較好，表明有限元模型比較符合實際結構。

　　由于采用ANSYS建模時對玻璃和索節點連接方式采用了3個方向的平動禍合，而實際結構玻璃與索網的連接采用了駁接式金屬連接件，加上玻璃尺寸較小，連接件尺寸相對較大，對玻璃交點有較強的約束作用，因此實際結構玻璃參與的作用更大，對索網的剛度貢獻更大，因此本文認為，這是試驗值高于有限元計算結果的原因之一。

　　2)從試驗值可以看出，安裝玻璃后結構的各階頻率分別降低了34.852%、29.816%、26.988%，且降低幅度隨模態階數的遞增而減小。這表明由于玻璃的存在，結構的剛度和質量同時增長，但玻璃質量的影響超過了其剛度的作用，導致整個結構的頻率下降。本實驗模型中玻璃之間未打玻璃膠，使玻璃不能發揮整體的協同作用，這也是其剛度效應不夠顯著的原因之一。

　　4．結論
　　1)索網低階頻率隨預應力基本呈線性性質，它隨預應力的增長速度大于高階頻率的相應增長速度，即高階頻率與預應力之間的非線性性質更明顯。

　　2)安裝玻璃后結構的頻率迅速降低，這是由于玻璃的存在，結構的剛度和質量同時增長，但玻璃質量的影響超過了其剛度的作用，導致整個結構的頻率下降。

　　3)有限元計算值與試驗值均比較吻合，驗證了理論計算模型的合理性。

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