多重弦支網(wǎng)格梁屋蓋結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、弦支結(jié)構(gòu)是在張拉整體概念的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種先進(jìn)高效的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系。該類結(jié)構(gòu)通常由上部結(jié)構(gòu)（梁、網(wǎng)殼、桁架等）、下部拉索以及中部的豎向撐桿組成。通過對(duì)索施加預(yù)應(yīng)力，可以使上部結(jié)構(gòu)的受力和變形情況得到顯著改善。弦支結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)限制，被廣泛應(yīng)用于體育館、影劇院、火車站、飛機(jī)場(chǎng)等建筑中。特別是2008年北京奧運(yùn)會(huì)以來，由于我國(guó)體育事業(yè)的發(fā)展，全國(guó)各地興建了許多體育場(chǎng)館，弦支結(jié)構(gòu)也在造型各異的場(chǎng)館中被大量采用，并且衍生出了多種不

2、同的結(jié)構(gòu)形式。
　　本文以山西體育中心三館多重弦支網(wǎng)格梁屋蓋為研究背景。該屋蓋的上部為雙向正交的箱型截面梁組成的單層網(wǎng)殼，中部為圓鋼管制成的豎向撐桿，下部為高強(qiáng)鋼絲束制成拉索以及斜拉鋼棒。三者結(jié)合為統(tǒng)一的整體共同承擔(dān)外荷載，具有良好的受力性能和空間整體性。然而結(jié)構(gòu)體系傳力路徑復(fù)雜，類似工程經(jīng)驗(yàn)比較少，對(duì)該結(jié)構(gòu)的理論研究也不完善。為進(jìn)一步了解其整體結(jié)構(gòu)性能，本文應(yīng)用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)自行車館鋼屋蓋進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了該結(jié)

3、構(gòu)在恒活荷載作用下的應(yīng)力狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互校核，驗(yàn)證了模型的正確性。基于這一計(jì)算模型，對(duì)多重弦支網(wǎng)格梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了分析，并得到了以下一些結(jié)論:
　　(1)對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力性能分析表明，與純網(wǎng)殼相比，多重弦支網(wǎng)格梁結(jié)構(gòu)的跨中撓度、支座反力、上弦彎矩都有明顯減小，其中預(yù)應(yīng)力在改善結(jié)構(gòu)整體受力性能方面發(fā)揮了很大的作用。
　　(2)采用子空間迭代法對(duì)結(jié)構(gòu)的自振特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)多重弦支網(wǎng)格梁結(jié)構(gòu)的自振頻率隨著階

4、數(shù)的增加，增長(zhǎng)過程較為平緩，沒有出現(xiàn)明顯的突跳。與純網(wǎng)殼相比，自振頻率明顯加大，振型也更為復(fù)雜。與周邊簡(jiǎn)支情況相比，周邊固支情況下自振頻率提高10％左右。自振頻率會(huì)隨著荷載強(qiáng)度的增加而逐漸下降。預(yù)應(yīng)力對(duì)自振頻率的影響程度較小。
　　(3)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性屈曲分析表明，與純網(wǎng)殼相比，更多頂點(diǎn)的屈曲模態(tài)會(huì)在多重弦支網(wǎng)格梁中提前出現(xiàn)，屈曲特征值顯著提高。采用弧長(zhǎng)法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性屈曲分析同樣可以看到，多重弦支網(wǎng)格梁的臨界荷載提高很多?？紤]

5、幾何非線性和材料非線性都會(huì)使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性顯著降低，初始缺陷的增大也會(huì)使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大幅下降。此外，支座條件、活荷載與初始缺陷的分布情況也對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有不同程度的影響。
　　(4)采用動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明不論是結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)還是構(gòu)件進(jìn)入塑性階段的數(shù)量，多重弦支網(wǎng)格梁結(jié)構(gòu)都比純網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)明顯減小。按照B-R準(zhǔn)則判斷，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性顯著提高。此外，豎向地震作用對(duì)多重弦支網(wǎng)格梁結(jié)構(gòu)的影響。不同地震波作用