一種單層鉸接折面網殼結構的試驗研究

1、一種單層鉸接折面網殼結構的試驗研究邢 棟 , 董石麟 , 朱明亮 , 鄭曉青(浙江大學空間結構研究中心 , 浙江 杭州 310027)摘 要 : 形如深圳大運會體育館的單層折面網殼結構其基本構形的鉸接體系為空間靜定桁架結構 ,為改善該類單層折面網殼的受力性能 、 提高結構剛度 ,可在基本體系的基礎上增設若干道環(huán)桿 . 對鉸接單層折面網殼結構基本體 系及環(huán)桿加強體系進行進行了全跨 、 半跨荷載下的靜載試驗及動力特性試驗 ,并將試驗實

2、測數據與理論分析結果 進行了比較分析 . 結果表明 ,實測數據與理論分析之間差異較小 ,模型設計和試驗方法合理 ,理論分析方法正確 .關鍵詞 : 單層折面網殼結構 ;基本體系 ;環(huán)桿加強體系 ;試驗研究中圖分類號 : TU393 . 3 ; TU317 + . 1 文章編號 : 100626578 (2011) 0220003210 文獻標志碼 : AExperimental research on hinged singl

3、e2layer f ol ded2planereticulated shellXIN G Do n g , DO N G Shi2li n , Z H U Mi ng2L ia ng , Z H EN G Xiao2qi ng( S p ace S t ruct u res R esea rc h Ce nte r , Z he j i a n g U ni ve rs i t y , H an

4、 g z hou 310027 , Chi n a)Abstract : The hi nge d si ngle2la ye r fol ded2p la ne reticulat e d shell j u st li ke t he st r uct ure u se d i n t heGymna si um of She nzhe n U nive r

5、 sia de Spo rt Ce nt er i s a ki nd of st aticall y det e r mi nat e sp ace t r u ss st r uct ure .In o r de r to op ti mize t he st r uct ural be ha vio r of t he lat tice shell st r uct ure , seve

6、 ral ri ng li n k s co ul d be a dde d to t he o ri gi nal syst e m . A n e xp e ri me nt al mo del of t he si ngle2la ye r fol de d2p la ne retic ulat ed shell wa s de si gned

7、 . St atic loa di ng t e st s a nd dyna mic p rop e r t y t e st s o n t he o ri gi nal mo del a nd rei nfo rce d mo del wit h f ull2sp a n loa d s a nd half sp a n lo a ds we re ca r ried

8、 o ut re sp ectivel y. The re sult s f ro m t he e xp e ri me nt s a nd t heo retical a nal ysi s of t he st r uct ure we re co mp a re d a nd a nal yzed . It ha s bee n sho w n t hat t he mo

9、 del de si gn a nd e xp eri me nt al met ho d a re rea so na ble , a nd t he t heo retical met ho d i s co r rect .K ey words : si ngle2la yer fol ded2p la ne reticulat ed shell ; o ri gi nal sy s

10、t e m ; rei nfo rced syst e m wit h ri ng ba r s ;e xp eri me nt al st udy.n 為支座節(jié)點數目[ 1 ] . 在對 單 層 折 面 網 殼 結 構 進 行理論研究的同時 ,國內學者開展了一些試驗研究 . 郭 彥林等對 2010 年深圳大運會體育中心體育場的單層折面網殼鋼屋蓋結構 ( B 8 , 20 型) 進行了 1

11、 ∶ 10 的模 型試驗研究[ 2 ] ;吳京等對 2010 年深圳大運會體育中心體育館單層折面網殼鋼屋蓋結構 ( B 8 , 16 型) 進行了1 ∶ 10 模型試驗研究[ 3 ] ,以驗證理論分析的可靠性 . 通過系統(tǒng)分析和構形研究得知 ,外形如深圳大運會 體育館的圓形單層折面網殼結構其基本構形的鉸接 體系亦滿足結構幾何不變性的要求且為靜定體系 .單層折面網殼是近年來興起的一種由三角形折面網格組成 、 外形如寶石群

12、或寶石晶體的單層網殼 結構. 它擺脫了傳統(tǒng)網殼圓柱面 、 球面 、 橢球面的構形 ,造型靈活 、 形式多樣 ,其建筑造型新穎 、 結構挺拔 有力 ,理論上可以滿足任意平面 、 任意形狀的建筑要 求 ,是結構與建筑協(xié)調配合的一種新型的剛性空間 結構. 該結構體系主要依靠折板間脊線 、 谷線傳力 , 且建筑外形平面與結構折板面一般一一對應 ,便于 鋪設屋面板. 對于圓形平面單層折面網殼結構其基本構形可采用 “B m , n ” 表示 ,

13、其中 m 為節(jié)點類型數 ,收稿日期 : 2010212205 .作者簡介 : 邢棟 ( 1982 — ) ,男 ,山東濰坊人 ,博士研究生 ,主要從事空間結構的研究工作. E2mail : xi ngdo ngzj u @163 . co m邢棟 ,等 : 一種單層鉸接折面網殼結構的試驗研究 第 2 期 5圖 3 承臺及支座節(jié)點The beari ng platfo r m a nd t he suppo

14、rt joint Fig. 3連接 ,并在圓管周邊沿模型環(huán)向和徑向兩個方向布置兩個加勁板 ,節(jié)點板通過 3 個 M22 的高強螺栓與 環(huán)梁翼緣連接板栓接 .1 . 5 測點布置綜合考慮測試內容 、 測試儀器數量與結構對稱 性等因素 ,以中心對稱的形式在網殼上布置應變測點 66 個 ,每個測點在桿件豎直面內貼上下兩片應變片. 位移測點沿結構主徑向及次徑向兩個斷面布置10 個測點 . 測點布置詳見圖 4 .2 模型試驗可行性分析試驗

15、采用的 螺栓 球 節(jié)點 為目 前 使用 最普 遍的節(jié)點形式之一 . 螺栓球節(jié)點是由高強度螺栓將鋼管 桿件與鋼球連接而成 ,螺栓球節(jié)點上桿件的軸向壓力主要靠套筒端面承壓來傳遞 ,螺栓主要起連接作 用 ;桿件軸向拉力則由高 強螺 栓 傳遞 . 螺 栓球 節(jié)點 在構造上比較接近于鉸接計算模型 ,實則是一種半 剛性節(jié)點 ,具有一定的抗 彎剛 度 , 目 前多 用于 雙層網格結構[ 4 ] . 本文首先以 B 6 ,

16、8 單層折面網殼基本體 系為例 ,通過對比單層折 面網 殼 剛接 、 鉸 接計 算模型理論值與試驗結果來驗證本次 試 驗中 以螺 栓球 節(jié)點連接而成的試驗模型是否可 以 較好 地模 擬鉸接桿系的承載狀況 .從圖 5 可以看出 ,在全跨荷載作用下 ,桿元計算 模型與梁元計算模型得到的軸力結果和豎向位移響應比較接近 ,差距均小于 10 %. 這說明在全跨荷載 作用下 ,試驗模型中的螺栓球節(jié)點雖然具有一定的圖 4 測

17、點布置圖Fig. 4 A r ra ngement of t he mea suring point s抗彎剛度 ,但在結構承載過程中表現并不明顯 ,試驗模型可以較好反映鉸接桿系的承載狀況.從圖 6 可以看出 ,在半跨荷載作用下 ,隨著結構 最大位移的增加 ,通過桿元計算模型與梁元計算模 型得到的軸力值和豎向位移值差值進一步增加 ,部 分測點兩者差距達到 20 %以上 ; 而試驗值基本位于梁元模型與桿元模型的計算值之間略