一種單層鉸接折面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究

1、一種單層鉸接折面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究邢 棟 , 董石麟 , 朱明亮 , 鄭曉青(浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心 , 浙江 杭州 310027)摘 要 : 形如深圳大運(yùn)會(huì)體育館的單層折面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)其基本構(gòu)形的鉸接體系為空間靜定桁架結(jié)構(gòu) ,為改善該類單層折面網(wǎng)殼的受力性能 、 提高結(jié)構(gòu)剛度 ,可在基本體系的基礎(chǔ)上增設(shè)若干道環(huán)桿 . 對鉸接單層折面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)基本體 系及環(huán)桿加強(qiáng)體系進(jìn)行進(jìn)行了全跨 、 半跨荷載下的靜載試驗(yàn)及動(dòng)力特性試驗(yàn) ,并將試驗(yàn)實(shí)

2、測數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果 進(jìn)行了比較分析 . 結(jié)果表明 ,實(shí)測數(shù)據(jù)與理論分析之間差異較小 ,模型設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法合理 ,理論分析方法正確 .關(guān)鍵詞 : 單層折面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) ;基本體系 ;環(huán)桿加強(qiáng)體系 ;試驗(yàn)研究中圖分類號 : TU393 . 3 ; TU317 + . 1 文章編號 : 100626578 (2011) 0220003210 文獻(xiàn)標(biāo)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(diǎn)數(shù)目[ 1 ] . 在對 單 層 折 面 網(wǎng) 殼 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行理論研究的同時(shí) ,國內(nèi)學(xué)者開展了一些試驗(yàn)研究 . 郭 彥林等對 2010 年深圳大運(yùn)會(huì)體育中心體育場的單層折面網(wǎng)殼鋼屋蓋結(jié)構(gòu) ( B 8 , 20 型) 進(jìn)行了 1

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

12、或?qū)毷w的單層網(wǎng)殼 結(jié)構(gòu). 它擺脫了傳統(tǒng)網(wǎng)殼圓柱面 、 球面 、 橢球面的構(gòu)形 ,造型靈活 、 形式多樣 ,其建筑造型新穎 、 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與建筑協(xié)調(diào)配合的一種新型的剛性空間 結(jié)構(gòu). 該結(jié)構(gòu)體系主要依靠折板間脊線 、 谷線傳力 , 且建筑外形平面與結(jié)構(gòu)折板面一般一一對應(yīng) ,便于 鋪設(shè)屋面板. 對于圓形平面單層折面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)其基本構(gòu)形可采用 “B m , n ” 表示 ,

13、其中 m 為節(jié)點(diǎn)類型數(shù) ,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(jié)構(gòu)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(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究 第 2 期 5圖 3 承臺(tái)及支座節(jié)點(diǎn)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(gè)方向布置兩個(gè)加勁板 ,節(jié)點(diǎn)板通過 3 個(gè) M22 的高強(qiáng)螺栓與 環(huán)梁翼緣連接板栓接 .1 . 5 測點(diǎn)布置綜合考慮測試內(nèi)容 、 測試儀器數(shù)量與結(jié)構(gòu)對稱 性等因素 ,以中心對稱的形式在網(wǎng)殼上布置應(yīng)變測點(diǎn) 66 個(gè) ,每個(gè)測點(diǎn)在桿件豎直面內(nèi)貼上下兩片應(yīng)變片. 位移測點(diǎn)沿結(jié)構(gòu)主徑向及次徑向兩個(gè)斷面布置10 個(gè)測點(diǎn) . 測點(diǎn)布置詳見圖 4 .2 模型試驗(yàn)可行性分析試驗(yàn)

15、采用的 螺栓 球 節(jié)點(diǎn) 為目 前 使用 最普 遍的節(jié)點(diǎn)形式之一 . 螺栓球節(jié)點(diǎn)是由高強(qiáng)度螺栓將鋼管 桿件與鋼球連接而成 ,螺栓球節(jié)點(diǎn)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(qiáng)螺 栓 傳遞 . 螺 栓球 節(jié)點(diǎn) 在構(gòu)造上比較接近于鉸接計(jì)算模型 ,實(shí)則是一種半 剛性節(jié)點(diǎn) ,具有一定的抗 彎剛 度 , 目 前多 用于 雙層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[ 4 ] . 本文首先以 B 6 ,

16、8 單層折面網(wǎng)殼基本體 系為例 ,通過對比單層折 面網(wǎng) 殼 剛接 、 鉸 接計(jì) 算模型理論值與試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證本次 試 驗(yàn)中 以螺 栓球 節(jié)點(diǎn)連接而成的試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠窨?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(jì)算 模型與梁元計(jì)算模型得到的軸力結(jié)果和豎向位移響應(yīng)比較接近 ,差距均小于 10 %. 這說明在全跨荷載 作用下 ,試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械穆菟ㄇ蚬?jié)點(diǎn)雖然具有一定的圖 4 測

17、點(diǎn)布置圖Fig. 4 A r ra ngement of t he mea suring point s抗彎剛度 ,但在結(jié)構(gòu)承載過程中表現(xiàn)并不明顯 ,試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢暂^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(jié)構(gòu) 最大位移的增加 ,通過桿元計(jì)算模型與梁元計(jì)算模 型得到的軸力值和豎向位移值差值進(jìn)一步增加 ,部 分測點(diǎn)兩者差距達(dá)到 20 %以上 ; 而試驗(yàn)值基本位于梁元模型與桿元模型的計(jì)算值之間略