[罗忆]点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性

　　3．试验结果及比较分析
　　3. 1试验曲线
　　 将通过H P3502A测到的结果数据文件导入计算机，先经L IF软件转为D0 S文件，然后通过63T0SDF软件转换为SD F文件，最后用V正W DATA软件读取数据文件，根据每种工况的结果选取如图5所示的典型功率谱曲线(纵坐标S (f)为加速度功率谱有效值开方取对数处理后的值，横坐标f5为分析带宽频率)进行分析，提取索网的前三阶自振频率。

　　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计算软件ANSYS该单层索网进行模态分析。如图6所示，模型中主索及水平索采用了三维只拉单元linkl0单元，拉索则采用压link8单元。
　　为了便于简化计算，在采用ANSYS进行分析时，将索网与钢框架的连接视为固定端，只对索网进行分析。

　　3.22模态分析方法
　　柔性支承结构的刚度主要来源于杆件的初始预应力，而且索又是一种几何非线性极强的结构，因此，在模态分析时必须考虑这两方面的影响。
　　有限元分析中索的预应力靠设置初应变来实现。本文先根据试验各级预应力的实际加载情况，初设一组应变值，然后反复调节直至模型中各索的内力基本满足相应的试验实测值，将调好的这组应变值进行模态分析，主要步骤分为两步:
　　1))进行几何大变形的静力分析;
　　2)修正结点坐标，进行包含预应力影响的模态分析，读取自振频率及相应振型。

　　3.23有限元结果的提取
　　 通过以上的有限元分析提取索网的自振频率及相应振型。图7为一级预应力时的前两阶振型模态图，前面所述的试验测点工况就是根据这些结果设
计的。

　　3.3索网自振频率的比较分析
　　图8该单层索网在各级预应力下频率试验和有限元计算结果的对比，其中横坐标F表示量纲一化的预应力，纵坐标fo为自振频率。

　　从图8中可以看出，理论与试验值的变化趋势很相似，试验值皆位于有限元计算结果以上，两者相差1. 01%～11. 330%，有限元计算中将索的支承视为固定未考虑支承钢架的影响，这也是两者存在差异的原因之一。
　　索网的频率基本随索内预应力的增加而呈弱非线性增长，并且随着频率阶次的增加，曲线形状逐渐由向上凹的趋势增加。这表明，尽管索网是几何大变形结构，但其频率随预应力的变化并未表现出明显的非线性性质;低阶频率随预应力的增长速度小于高阶频率的相应增长速度，即高阶频率与预应力之间的非线性性质更明显。
　　为了研究玻璃对索网刚度的影响，本文还测定了加玻璃后索网的频率，并与相应的有限元计算结果进行了对比，如表3所示，其中ft、ff分别为试验测得频率和有限元计算得到的频率值。

　　从表3可以看出如下规律。
　　1)安装玻璃前后索网频率的有限元计算值与试验值均比较接近，试验值比有限元计算值大2.86%一10. 18%，两者吻合较好，表明有限元模型比较符合实际结构。
　　由于采用ANSYS建模时对玻璃和索节点连接方式采用了3个方向的平动祸合，而实际结构玻璃与索网的连接采用了驳接式金属连接件，加上玻璃尺寸较小，连接件尺寸相对较大，对玻璃交点有较强的约束作用，因此实际结构玻璃参与的作用更大，对索网的刚度贡献更大，因此本文认为，这是试验值高于有限元计算结果的原因之一。
　　2)从试验值可以看出，安装玻璃后结构的各阶频率分别降低了34.852%、29.816%、26.988%，且降低幅度随模态阶数的递增而减小。这表明由于玻璃的存在，结构的刚度和质量同时增长，但玻璃质量的影响超过了其刚度的作用，导致整个结构的频率下降。本实验模型中玻璃之间未打玻璃胶，使玻璃不能发挥整体的协同作用，这也是其刚度效应不够显著的原因之一。

　　4．结论
　　1)索网低阶频率随预应力基本呈线性性质，它随预应力的增长速度大于高阶频率的相应增长速度，即高阶频率与预应力之间的非线性性质更明显。
　　2)安装玻璃后结构的频率迅速降低，这是由于玻璃的存在，结构的刚度和质量同时增长，但玻璃质量的影响超过了其刚度的作用，导致整个结构的频率下降。
　　3)有限元计算值与试验值均比较吻合，验证了理论计算模型的合理性。

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