索穹頂結(jié)構(gòu)體系性能比較與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、索穹頂結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中一種嶄新的結(jié)構(gòu)形式,是一種結(jié)構(gòu)效率極高的全張力結(jié)構(gòu)體系,其跨度大、結(jié)構(gòu)形式美觀合理。索穹頂結(jié)構(gòu)以其牦材少、施工簡單從而具有更好的經(jīng)濟(jì)性,所以一經(jīng)問世便得到了工程界的極大關(guān)注。在我國大陸尚未有索穹頂結(jié)構(gòu)應(yīng)用的工程實(shí)例,雖然目前對索穹頂結(jié)構(gòu)已有一定的研究,但是還不夠成熟和完善,特別是對不同索穹頂結(jié)構(gòu)體系之間性能的比較更鮮有,因此本文對不同索穹頂結(jié)構(gòu)體系在靜力特性、動(dòng)力特性、參數(shù)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了分析與比較。

2、 本文在國內(nèi)外現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上,首先回顧了索穹頂結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀,并總結(jié)了索穹頂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn),針對索穹頂結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立了全張力索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)非線性靜力和動(dòng)力分析的有限元模型?？紤]到索穹頂結(jié)構(gòu)施工過程的高度非線性特性,本文介紹了其有限元平衡方程與增量形式平衡方程,并分析了非線性方程組的解法及優(yōu)缺點(diǎn),推導(dǎo)了兩節(jié)點(diǎn)直線桿單元?jiǎng)偠染仃嚥⒖偨Y(jié)了索單元的常用處理方法。 計(jì)算了索穹頂結(jié)構(gòu)在滿跨荷載和半跨荷載這兩種荷載工況作用下的靜力性

3、能,在每種荷載工況下將荷載分級加載,分別提取了不同體系各級荷載作用下的構(gòu)件內(nèi)力值和節(jié)點(diǎn)位移值。分析比較了不同體系索穹頂靜力荷載作用下的受力特點(diǎn)。 分析了索穹頂結(jié)構(gòu)僅在自重作用的自振特性,及自振頻率隨預(yù)應(yīng)力水平的變化規(guī)律,并觀察了前幾階振型圖,從而進(jìn)一步分析了結(jié)構(gòu)的剛度分布。研究了索穹頂結(jié)構(gòu)在地震波作用下節(jié)點(diǎn)位移、速度和加速度的變化情況,并比較了不同索穹頂結(jié)構(gòu)體系中三者的最大值及其發(fā)生的位置。 為了深入理解索穹頂結(jié)構(gòu)的性態(tài)

4、,在靜力特性分析的基礎(chǔ)上,對索穹頂?shù)念A(yù)應(yīng)力水平及其分布、構(gòu)件截面面積以及矢跨比等參數(shù)進(jìn)行了分析,詳細(xì)闡述了各種參數(shù)不同時(shí)對結(jié)構(gòu)性能的影響,得到了一些有益的結(jié)論。 在優(yōu)化設(shè)計(jì)部分,分別以質(zhì)量、剛度和預(yù)應(yīng)力水平為目標(biāo),并采用不同系數(shù)將三者組合成單一目標(biāo),把應(yīng)變、截面面積和矢跨比作為優(yōu)化變量,對索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析,并對不同優(yōu)化目標(biāo)下的結(jié)果進(jìn)行了比較。 通過對索穹頂結(jié)構(gòu)分析理論、靜動(dòng)力特性、參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究,得到了具有