奧運(yùn)羽毛球館新型弦支穹頂結(jié)構(gòu)抗震性能研究.pdf

1、弦支穹頂是一種新穎的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系，索撐體系的引入有效地降低了結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力，減小了對(duì)支座的水平推力，提高了結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。本文針對(duì)大跨度弦支穹頂結(jié)構(gòu)抗震研究的空白點(diǎn)，結(jié)合奧運(yùn)會(huì)羽毛球館新型弦支穹頂結(jié)構(gòu)工程實(shí)際，對(duì)其進(jìn)行了深入地分析，采用理論研究與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了地震波加速度峰值大小，地震動(dòng)的多維輸入、地震波的行波效應(yīng)及預(yù)應(yīng)力損失等條件，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。
　　 創(chuàng)新了弦支穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)撐桿節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)

2、在試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c奧運(yùn)羽毛球館工程實(shí)踐中得到應(yīng)用。本文依照2008奧運(yùn)羽毛球館的設(shè)計(jì)圖紙，制作了1：10的縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使用三種方法測(cè)定了帶懸挑部分與不帶懸挑部分兩個(gè)模型的動(dòng)力特性，測(cè)得了多階自振頻率、振型、阻尼比，理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合，均表明結(jié)構(gòu)的振型密集，以網(wǎng)殼的豎向振動(dòng)為主，呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)或反對(duì)稱(chēng)的扇形分瓣形態(tài)。
　　 使用臺(tái)陣系統(tǒng)完成了弦支穹頂結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，地震波的輸入方向依次調(diào)整為豎直方向、水平方向、水平豎直雙方向，

3、選取四組地震波完成了共48組工況的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，使用時(shí)程分析方法進(jìn)行了相應(yīng)工況的計(jì)算，理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合。結(jié)構(gòu)在豎直地震波下的響應(yīng)結(jié)果，多數(shù)測(cè)點(diǎn)大于水平地震輸入，多維地震輸入響應(yīng)結(jié)果最大。加速度響應(yīng)峰值隨位置的變化規(guī)律主要呈現(xiàn)第一振型形態(tài)，位移響應(yīng)峰值的最大值一般出現(xiàn)在網(wǎng)殼最中心點(diǎn)。當(dāng)?shù)卣鸩铀俣确逯颠_(dá)到8度設(shè)防條件罕遇地震水平時(shí)，網(wǎng)殼的桿件應(yīng)變?cè)诓牧蠌椥詷O限范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。作為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的環(huán)向索在地震力作用下的響

4、應(yīng)峰值遠(yuǎn)小于索的破斷力，但動(dòng)靜比較大，地震動(dòng)發(fā)生時(shí)，最內(nèi)圈環(huán)索的索力損失較為嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)在地震力作用下的響應(yīng)規(guī)律表明：對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)以豎直方向?yàn)橹鳎瑫r(shí)計(jì)入水平方向的影響。
　　 首次在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)研究中完成了大跨度空間結(jié)構(gòu)考慮行波效應(yīng)影響的臺(tái)陣試驗(yàn)，根據(jù)考慮多點(diǎn)輸入的時(shí)程分析法理論進(jìn)行了有限元計(jì)算分析，結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)論較為吻合，達(dá)到了互相驗(yàn)證的目的。試驗(yàn)結(jié)果表明不同的地震波傳播速度下，同為豎直傳播方向，各種地震響應(yīng)隨位置的

5、變化規(guī)律受行波效應(yīng)影響較小，但響應(yīng)峰值均會(huì)產(chǎn)生一定變化。加速度、位移、環(huán)向桿件、信向索的內(nèi)力均隨著視波速的減小而增加，而徑向桿件則隨著視波速的減小而減小。試驗(yàn)結(jié)果中在視波速影響下的各種地震響應(yīng)的變化幅值大于理論計(jì)算結(jié)果。
　　 利用試驗(yàn)和理論分析兩種方法研究了預(yù)應(yīng)力損失對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。預(yù)應(yīng)力幅值調(diào)整為三種情況，地震波的輸入方向?yàn)樨Q直和水平豎直雙方向，共完成了兩組地震波12個(gè)工況的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。各種地震響應(yīng)隨預(yù)應(yīng)力損失

6、在試驗(yàn)中的變化幅值大于理論計(jì)算結(jié)果，變化趨勢(shì)無(wú)明顯統(tǒng)一規(guī)律，隨預(yù)應(yīng)力損失的增加，響應(yīng)峰值增大的工況和測(cè)點(diǎn)居多。響應(yīng)峰值隨位置的變化規(guī)律幾乎不受預(yù)應(yīng)力損失的影響。作為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的環(huán)向索，隨著預(yù)應(yīng)力損失程度的增加，動(dòng)靜比增加幅度較大，試驗(yàn)結(jié)果表明索力損失40％，從抗震分析的角度就應(yīng)該采取補(bǔ)張拉措施以確保結(jié)構(gòu)的安全。
　　 本文研究的成果應(yīng)用于2008年奧運(yùn)會(huì)羽毛球大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，為我國(guó)建成世界上第一個(gè)大跨度新型弦支穹