碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振

作者:吴晓;杨立军 刊名:振动与冲击 上传者:成勇

【摘要】建立了碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振控制方程,采用Galerkin原理及L-P法求得碳纤维材料圆形双层正交悬索结构非线性自振的近似解及双层索网层间接触力的近似解。在把碳纤维材料圆形双层正交悬索结构与钢丝材料圆形双层正交悬索结构比较的基础上,讨论分析了温度、振幅、索网垂度等因素对双层索网非线性自振及索网层间接触力的影响。得到了温度升高将使双层索网非线性自振频率降低,振幅和索网垂度增大会使双层索网非线性自振频率增大的结论。

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振  动  与  冲  击 第 27卷第 10期 JOURNAL OF V IBRATION AND SHOCK Vol. 27 No. 10 2008  碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振 基金项目: 湖南“十一五 ”重点建设学科项目资助;湖南省科技计划项目资助 (批准号 2008FJ3067) 收稿日期: 2007 - 11 - 26 修改稿收到日期 : 2008 - 02 - 13 第一作者 吴  晓 男 ,教授 , 1965年生 吴  晓 ,  杨立军 (湖南文理学院 土木建筑工程系 ,湖南常德  415000)   摘  要 : 建立了碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振控制方程 ,采用 Galerkin原理及 L2P法求得碳纤 维材料圆形双层正交悬索结构非线性自振的近似解及双层索网层间接触力的近似解。在把碳纤维材料圆形双层正交悬索结构与钢丝材料圆形双层正交悬索结构比较的基础上 ,讨论分析了温度、振幅、索网垂度等因素对双层索网非线性自振及索网层间接触力的影响。得到了温度升高将使双层索网非线性自振频率降低 ,振幅和索网垂度增大会使双层索网非线性自振频率增大的结论。 关键词 : 碳纤维材料 ;悬索结构 ;非线性自振 中图分类号 : TU382;O322   文献标识码 : A   虽然碳纤维材料存在剪切强度低等缺点 ,但碳纤维材料的徐变和松驰等重要指标均优于钢材 ,且碳纤维材料还具有耐久性好、抗腐蚀、自重轻、富有柔性、高强度等优点 ,因此在土木建筑、机械、航天航空等实际工程中得到了广泛应用 ,如采用碳纤维材料对土木工程结构进行加固等。近年来国内外已建成了多座碳纤维斜拉索小跨径斜拉人行桥 ,并对它进行了理论和试验研究。对于传统的圆形平面悬索屋盖 ,主要采用车幅式双层悬索系统或马鞍形单层正交索网 ,在索网的中央需安装沉重的中央钢环。圆形双层正交悬索结构是一种有发展前途的空间结构 ,它是由一系列承重索和相反曲率的稳定索组成的预应力双层索网 ,两层索均锚固在圆形的钢筋混凝土边缘构件上 ,其特点是稳定性好、整体刚度大、反向曲率的索网可以对整个屋盖体系施加预应力来增强屋盖的整体稳定性。但是上述圆形平面悬索结构的钢丝索网一个致命弱点是耐腐蚀性差 ,如腐蚀严重而进行更换是极为困难的。由于碳纤维材料所具有的优点 ,可以预见在不远的将来 ,碳纤维材料索网将会很快推广应用到在大跨度空间结构中。文献 [1 - 3 ]研究了线性强化材料索网结构的静力变形 ;文献 [4 ]在考虑温度影响的基础上 ,研究了空间索网结构非线性静力变形 ;文献 [5 ]研究了线性强化材料索网的线性振动 ,文献 [6 ]采用能量法研究了单层索网体系的非线性自振特性 ,文献 [7 ]采用线性方法研究了椭圆平面双曲抛物面索网的自振特性 ,文献 [ 8 ]研究了圆形双层正交悬索结构在静力作用下的变形 ,但至今还未见到研究圆形双层正交悬索结构振动的文献。基于上述因素 ,本文研究了碳纤维材料圆形双层正交 悬索结构的非线性自振 ,为在空间结构中采用碳纤维材料圆形双层正交悬索结构替代钢丝圆形双层正交悬索结构进行前期基础理论研究。 1 圆形平面正交双层索网 1 双层索网自振控制方程   对于图 1所示圆形双层正交悬索结构 ,为了研究其非线性 自 振 , 可 做 如 下 基 本假设 : ①索网的索是理想柔性的 ; ②索的变形是小垂度的 ; ③上下索网之间的连杆绝对刚性 ; ④连杆对上下索网形成的层间接触力连续分布 ; ⑤索材料满足虎克定律。 参考文献 [8 ]及弹性振动理论 ,圆形双层正交悬索结

参考文献

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