鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)的理論分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、索穹頂結(jié)構(gòu)主要是由拉索和壓桿所組成的柔性張拉整體結(jié)構(gòu),依靠施加預(yù)應(yīng)力提供結(jié)構(gòu)剛度,且具有重量輕、跨度大及建筑形態(tài)豐富多樣等特點(diǎn),是代表了大跨空間結(jié)構(gòu)較高水平的結(jié)構(gòu)形式.目前國內(nèi)外研究的索穹頂結(jié)構(gòu)形式主要有:Geir型和Levy型兩種,且國際上已在工程中應(yīng)用,積累了較豐富的理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).本文所研究的鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu),'是一種特殊形態(tài)的索穹頂結(jié)構(gòu)形式,目前未有相關(guān)研究文獻(xiàn)記載.本文將結(jié)合鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)的形態(tài)構(gòu)成,從理論和試驗(yàn)兩方面,對其

2、初始預(yù)應(yīng)力分布、靜動力特性、地震響應(yīng)分析、施工成形方法等進(jìn)行了系統(tǒng)研究和深入分析,最后設(shè)計(jì)加工了模型,進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證. 首先,本文在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,回顧了索穹頂結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史、工程實(shí)踐應(yīng)用、國內(nèi)外主要的研究現(xiàn)狀,結(jié)合鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),明確了本文的主要研究內(nèi)容. 第二章分析了鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)成特點(diǎn),提出了除不跳格布置結(jié)構(gòu)形式外,還可根據(jù)受力特性的要求跳格設(shè)置環(huán)索及豎桿,即跳格布置結(jié)構(gòu)形式,由此可調(diào)節(jié)

3、網(wǎng)格布置的疏密度,并優(yōu)化桿件內(nèi)力分布.在此基礎(chǔ)上提出了初始預(yù)應(yīng)力分布的簡捷計(jì)算方法,推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)力顯示表達(dá)式.通過算例計(jì)算并與電算結(jié)果的對照分析,表明該方法是精確、可行的,既可方便有效應(yīng)用于工程實(shí)踐,又可作為理論分析的有益補(bǔ)充. 鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)的靜力性能分析是研究、評價(jià)結(jié)構(gòu)體系性能的重要內(nèi)容和基礎(chǔ).本文第三章就鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)跳格布置與不跳格布置兩種形式,對索桿構(gòu)件在滿跨荷載、半跨荷載作用下的受力及變位進(jìn)行了分析研究,同時(shí)考慮預(yù)

4、應(yīng)力變化對受力性能的影響. 第四章分析研究了鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)跳格布置與不跳格布置結(jié)構(gòu)的自振頻率及振型分布特點(diǎn),同時(shí)就體系的預(yù)應(yīng)力水平及環(huán)索截面大小對動力性能的影響也做了計(jì)算與分析,研究表明體系整體剛度良好,跳格布置較之不跳格布置結(jié)構(gòu)剛度有所減弱. 第五章對鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)跳格布置與不跳格布置兩種形式的地震響應(yīng),包括構(gòu)件的內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)的變位作了時(shí)程分析研究,同時(shí)分析了預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,研究表明結(jié)構(gòu)整體抗震性能良好.

5、 索穹頂結(jié)構(gòu)的施工張拉成形是決定結(jié)構(gòu)體系受力性能的重要環(huán)節(jié)之一,本文第六章采用動力松弛法對鳥巢型索穹頂結(jié)構(gòu)的多種張拉成形方法進(jìn)行了詳細(xì)探討與研究,對施工過程進(jìn)行了跟蹤和模擬,分析了各施工成形方法的特點(diǎn). 第七章結(jié)合本文的理論研究設(shè)計(jì)加工了直徑為5.0米的鳥巢型索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)模型,通過測試結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力分布、在多種荷載工況作用下的響應(yīng)分析、多種預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的自振頻率測試,同時(shí)模擬了施工成形方法,通過模型試驗(yàn)的測試分析驗(yàn)證了理論研