張弦空間結構的理論分析與工程應用.pdf

1、張弦空間結構是由剛性結構、拉索、撐桿構成的具有自平衡功能、內力控制功能、剛度控制功能三方面特點和對建筑形式的廣泛適用性等優(yōu)點的一類預應力雜交結構體系。張弦結構在工程中應用日益廣泛并具有廣闊的發(fā)展空間。本文以北京大學體育館、泉州市體育館和安徽大學體育館屋蓋三個典型的張弦結構工程為背景，對張弦空間結構體系進行了系統(tǒng)和深入的分析。本文總結了張弦結構的特點，通過工程實例對張弦結構進行了分類。在線彈性結構特征值屈曲分析計算公式的基礎上，

2、借鑒預應力雜交結構特征值屈曲分析的方法，得出了有恒定荷載作用的預應力雜交結構的特征值屈曲分析公式。本文完成了安徽大學體育館張弦網殼結構模型的預應力索張拉過程試驗研究和靜力荷載試驗研究，驗證了力學模型和有限元分析的正確性和原型結構設計的可靠性，所得結論可為原型結構的施工提供參考。以北京大學體育館輻射式張弦平面桁架殼體、泉州市體育館平行張弦立體桁架殼體、安徽大學體育館張弦“梁式網殼”結構為研究對象，從張弦結構的構成角度出發(fā)，根據(jù)

3、張弦結構的構成機理，在分析剛性結構的受力特點的基礎上，對張弦空間結構的布置形式、力學性質進行了靜力分析及參數(shù)分析，歸納了張弦空間結構的共性，為張弦空間結構設計提供參考。本文對不同形式的張弦空間結構進行了彈塑性極限承載力全過程分析，對張弦結構的屈服機制、失效機制進行了分析，結合兩水準性能目標和塑性發(fā)展過程對結構性能進行了評價，對設計使用年限超過100年的結構的性能目標進行了討論。對張弦網殼結構進行了參數(shù)分析，分析了初始缺陷、荷

4、載非對稱性、支座形式、撐桿高度、預應力大小等參數(shù)對張弦網殼結構極限承載能力的影響。對具有相似結構布置形式的張弦結構的屈服機制和失效機制的共同點進行了分析?？偨Y了參數(shù)對張弦結構彈塑性極限承載力的影響規(guī)律。本文對考慮各種構件失效情況下的張弦網殼結構進行了彈塑性極限承載力分析，跟蹤構件失效后結構的塑性發(fā)展過程和極限荷載因子，判斷構件的重要性，據(jù)此提出了設計中提高關鍵構件的安全度的建議?？偨Y了大跨度空間結構的內力重分布規(guī)律和荷載傳遞規(guī)

5、律，提出了具有普遍適用性的判斷構件重要性的“基于概念的判斷方法”，對構件安全性與結構整體安全性的關系進行了探討，并對冗余結構進行了分析，得出了相應的結論，可為結構設計提供參考。本文在對張弦網殼結構的動力特性進行參數(shù)分析的基礎上，采用時程分析法對固定鉸支承的張弦網殼結構進行水平、豎向作用下的地震響應計算分析；對以改變支座支承剛度和在支座處增加質量點的方法考慮屋蓋下部結構抗側剛度和質量慣性的張弦網殼結構進行了豎向地震作用下的地震

6、響應計算分析；對降低矢跨比的張弦網殼結構的水平、豎向地震響應進行了計算分析。通過結構的地震內力系數(shù)分布規(guī)律和拉索軸力、節(jié)點位移時程曲線的比較總結了張弦網殼結構的地震響應規(guī)律及改變支座形式和矢跨比的張弦網殼結構的地震響應特點。本文在總結文獻對張弦結構和有關拉索預應力結構施工過程分析方法的基礎上，推廣了“狀態(tài)確定”的施工過程逆向分析方法，該方法對線性結構、幾何非線性結構、一步張拉、多步張拉等各種施工情況具有普遍適用性，可以實現(xiàn)后張