弦支叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的理論分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是由若干組柱面網(wǎng)殼相貫而成的具有獨(dú)特建筑造型的結(jié)構(gòu)體系。傳統(tǒng)的叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力較為集中，對支座的水平推力較大，這些問題極大地限制了其工程應(yīng)用。為了改善叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力性能，發(fā)揮又筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系的造型特點(diǎn)，本文首次提出了弦支叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系的概念，從理論和試驗(yàn)兩個(gè)方面對這種新型結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并結(jié)合新興的向量式有限元法進(jìn)行了弦支叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)斷索失效全過程分析。
　　 第一章回顧了空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史、分類

2、及其在國內(nèi)的應(yīng)用和發(fā)展，總結(jié)了弦支穹頂結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，概括了結(jié)構(gòu)分析的主要方法及其發(fā)展歷史，介紹了本文的研究背景，明確了本文的研究內(nèi)容。
　　 第二章歸納和總結(jié)了弦支叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)網(wǎng)格劃分、又筒形體、網(wǎng)殼層數(shù)、平面形狀和布索形式提出了五種不同的分類方法，并進(jìn)一步討論了叉筒網(wǎng)殼施加預(yù)應(yīng)力的布索方式。提出預(yù)應(yīng)力叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為空間結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行組合擴(kuò)展，建成大面積屋蓋結(jié)構(gòu)的構(gòu)思和設(shè)想，尤其適用于現(xiàn)代火車站的大跨度無站

3、臺柱雨棚結(jié)構(gòu)和多波多跨連續(xù)的工業(yè)廠房。
　　 第三章以十二邊形谷線式和脊線式弦支叉筒網(wǎng)殼為例，利用傳統(tǒng)有限元軟件ANSYS進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力性能分析；并對谷線式弦支叉筒網(wǎng)殼的預(yù)應(yīng)力水平、桿件截面、豎桿長度、矢跨比和傾角等主要參數(shù)進(jìn)行了分析；比較了谷線式、脊線式弦支叉筒網(wǎng)殼和弦支穹頂?shù)热N弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的靜力性能。
　　 第四章分別對谷線式和脊線式弦支叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了穩(wěn)定性能分析；并對谷線式弦支叉筒網(wǎng)殼的預(yù)應(yīng)力水平、桿件截面

4、、豎桿長度、矢跨比、傾角等主要參數(shù)進(jìn)行了分析；討論了材料非線性、缺陷分布及大小對弦支叉筒網(wǎng)殼穩(wěn)定性能的影響；比較了谷線式、脊線式弦支叉筒網(wǎng)殼及弦支穹頂?shù)热N弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。
　　 第五章介紹了向量式有限元法的基本原理及其計(jì)算流程，給出了桿單元的內(nèi)力計(jì)算公式，并通過瞬鉸的數(shù)值算例驗(yàn)證其準(zhǔn)確性；推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)力作為初始內(nèi)力直接參與計(jì)算的預(yù)應(yīng)力兩點(diǎn)直線索單元及兩點(diǎn)拋物線索單元的內(nèi)力計(jì)算公式，通過數(shù)值算例驗(yàn)證了其正確性；論文將向量式

5、有限元法推廣應(yīng)用于同時(shí)含有索、桿、梁單元的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，通過基于MATLAB的自編向量式有限元程序分析了谷線式弦支叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的靜力性能，并與ANSYS結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了向量式有限元法在弦支又筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析中的有效性。
　　 第六章介紹了向量式有限元彈塑性材料模型及斷裂模態(tài)的建立，并通過具體的數(shù)值算例驗(yàn)證了其可行性；利用向量式有限元在大變形、大位移等幾何非線性分析中的優(yōu)勢，本文將其引入到弦支叉筒網(wǎng)殼的斷索分析中得到了一