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风雪荷载组合作用下柱面网壳结构的动力倒塌分析
摘要
本文以某柱面网壳结构为研究对象，对其在风雪荷载组合作用下进行了动力倒塌分析。首先，通过现场勘测和结构参数计算，确定了该结构的基本信息和几何参数；其次，运用ANSYS软件建立了结构的有限元模型，并进行了静力分析和模态分析，得到了结构的初始状态和自振频率；随后，引入风荷载和雪荷载并采用荷载组合方法，对结构进行动力分析，得出了结构的动态响应及其稳定状态，并进行了动力倒塌分析和模拟。最后，通过分析和总结，得出了该结构在风雪荷载组合作用下发生动力倒塌的原因和为避免类似事故再次发生所需的安全防护措施。
关键词：柱面网壳；动力倒塌；风雪荷载；有限元模型；荷载组合；安全防护
1、研究背景
柱面网壳结构是一种以钢管或钢带为主体的轻型钢结构，具有轻、美、坚、实的特点，广泛应用于屋面结构、增建房屋、工程桥梁和体育场馆等大型建筑工程中。然而，在实际应用过程中，柱面网壳结构也存在着一些问题，如外部环境作用下易发生动态倒塌等，不仅存在安全隐患，同时也对人们的生命财产带来了巨大的威胁，因此对柱面网壳结构的安全性能进行研究具有重要意义。
2、研究目的
本文旨在以某柱面网壳结构为研究对象，通过建立有限元模型，并在风雪荷载组合作用下进行动力分析，探究其可能出现的动力倒塌原因及其防护措施，为确保其在外部环境下的安全稳定运行提出建议。
3、研究内容
3.1结构基本信息和几何参数的确定
首先，对某柱面网壳结构进行现场勘测，对其基本信息进行了梳理，包括结构形式、材料规格、支撑方式等；同时还确定了几何参数，如结构高度、立柱跨度、节点间距离等。
3.2建立有限元模型进行分析
基于ANSYS软件，建立了柱面网壳结构的有限元模型，通过添加节点、划分单元等操作，对其进行网格划分，获得了结构的有限元模型；接着，针对结构进行了静力分析和模态分析，以获取其初始状态和自振频率。
3.3引入风雪荷载进行动力分析
在得到有限元模型后，引入风荷载和雪荷载，并采用荷载组合的方法，对柱面网壳结构进行动力分析，得出其动态响应及其稳定状态，并进行了动力倒塌分析和模拟，探寻其可能发生倒塌的原因。
4、研究结果
4.1静力分析和模态分析结果
基于有限元模型，静力分析结果表明，在自重作用下，柱面网壳结构仍能保持稳定，其最大位移不超过2mm；在模态分析结果中，得到了结构的自振频率和模式形状，其中，竖向自振频率为7.63Hz，横向自振频率为7.71Hz，分别对应于结构的第一阶和第二阶自振形式。
4.2动力分析和动力倒塌分析结果
在引入风雪荷载后，通过荷载组合的方法，得到了结构在不同荷载工况下的动态响应，并进行了稳定性分析，结果发现，当风速达到30m/s以上时，结构会出现明显的动态变形和波动，当达到40m/s时，其极限承载能力已经无法满足设计荷载要求，出现了严重的动力倒塌现象。
5、结论与建议
5.1研究结论
本文以某柱面网壳结构为研究对象，通过建立有限元模型并引入风雪荷载进行动力分析，探寻其可能出现动力倒塌的原因，并提出了相应的防护措施。研究表明，该结构在风速较高的情况下，由于其结构特点和受力方式等影响，易出现动态倒塌的情况，因此需采取适当措施以保障安全。
5.2建议
对于该柱面网壳结构，应采用抗风、抗雪和抗震等综合措施，提高其稳定性能；同时，以预测和监测为基础，通过提升结构的可靠性和耐久性等方面的工作，从根本上预防动力倒塌等事故的发生。