三鉸脊梁式索穹頂整體受力性能及施工關鍵技術研究.pdf

1、常規(guī)索穹頂是一種由脊索、斜索、環(huán)索和壓桿構成的空間全張力結構，其構型簡潔、空間跨越能力強、自重輕、凈空高、現(xiàn)已在國內外推廣應用。目前索穹頂結構的屋面覆蓋系統(tǒng)主要采用張拉膜，對于剛性屋面索穹頂?shù)难芯可刑幱谄鸩诫A段。玻璃面板、彩鋼板等傳統(tǒng)剛性屋面材料，在國內鋼屋蓋結構中已有非常廣泛的應用，但剛性屋面的跨越能力小，需要增設次結構支承屋面，并將屋面荷載傳遞至索穹頂主體結構，這對次結構的跨越能力提出了較高的要求。
　　弦支穹頂結構是一種剛柔

2、相濟的雜交結構，其用上部網殼替換了常規(guī)索穹頂結構中的脊索網。弦支穹頂由于存在上部網殼而易于鋪設剛性屋面材料，但弦支穹頂存在受壓彎的網殼，用鋼量相對較大，且目前弦支穹頂普遍需要搭設大量支架來高空拼裝網殼，施工措施費高，高空焊接量大，工期長。
　　本文在閱讀了國內外大量文獻的基礎上，分析總結了索穹頂結構及弦支穹頂結構的國內外研究現(xiàn)狀、施工技術以及工程應用，提出了一種新型結構—脊梁式索穹頂結構。脊梁式索穹頂由斜索、環(huán)索、撐桿和脊梁構成，

3、即將常規(guī)索穹頂結構中僅受拉的柔性脊索替換為受拉彎的剛性脊梁。脊梁式索穹頂兼具索穹頂和弦支穹頂?shù)膬?yōu)點，通過預應力張拉在脊梁、斜索和環(huán)索中建立預張力，屬于張力結構;脊梁受拉彎，穩(wěn)定性好，用鋼量少，通過在脊梁上合理設置鉸可采用先進的少支架甚至無支架的整體牽引提升的方法進行施工，便于鋪設剛性屋面材料。
　　本文對脊梁式索穹頂結構的構形進行研究，介紹其基本構成。脊梁上的鉸可設置在脊梁的中部和端部，根據在使用階段結構鉸的設置位置，將脊梁式索穹

4、頂分為無鉸、單鉸、雙鉸和三鉸四種情況。
　　采用非線性有限元計算方法，對脊梁式索穹頂?shù)撵o力性能進行了分析，同時，為了解脊梁式索穹頂結構與傳統(tǒng)索穹頂結構的受力性能差異，分別建立相同跨度、拓撲關系與預應力分布的常規(guī)索穹頂結構模型，對兩種模型的受力性能與剛度進行對比。在滿跨和半跨活荷載作用下，構件內力和節(jié)點位移隨荷載變化的規(guī)律，以及脊梁應力和脊梁中鉸的局部變形，考察了剛性脊梁對整體結構的剛度和承載力的影響。此外，通過預應力水平、脊梁截面

5、形式和規(guī)格、內脊梁是否設置脊梁中鉸等方面，對三鉸脊梁式索穹頂結構進行優(yōu)化設計。
　　對脊梁式索穹頂結構進行了試驗研究，設計了一個直徑為6m的Geiger型脊梁式索穹頂結構試驗模型，模擬了脊梁式索穹頂結構施工成型的全過程，測試了施工過程中結構的內力和位移，驗證了“無支架整體牽引張拉施工方法”在本次試驗的可行作性;分析了結構在荷載作用下的力學性能;進行了瞬間斷索試驗，考察了局部構件破斷瞬間及破壞后結構的形態(tài)。通過實測值與理論值的對比分