張弦空間結(jié)構(gòu)的理論分析與工程應(yīng)用.pdf

1、張弦空間結(jié)構(gòu)是由剛性結(jié)構(gòu)、拉索、撐桿構(gòu)成的具有自平衡功能、內(nèi)力控制功能、剛度控制功能三方面特點(diǎn)和對建筑形式的廣泛適用性等優(yōu)點(diǎn)的一類預(yù)應(yīng)力雜交結(jié)構(gòu)體系。張弦結(jié)構(gòu)在工程中應(yīng)用日益廣泛并具有廣闊的發(fā)展空間。本文以北京大學(xué)體育館、泉州市體育館和安徽大學(xué)體育館屋蓋三個(gè)典型的張弦結(jié)構(gòu)工程為背景，對張弦空間結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的分析。本文總結(jié)了張弦結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過工程實(shí)例對張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類。在線彈性結(jié)構(gòu)特征值屈曲分析計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，

2、借鑒預(yù)應(yīng)力雜交結(jié)構(gòu)特征值屈曲分析的方法，得出了有恒定荷載作用的預(yù)應(yīng)力雜交結(jié)構(gòu)的特征值屈曲分析公式。本文完成了安徽大學(xué)體育館張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力索張拉過程試驗(yàn)研究和靜力荷載試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了力學(xué)模型和有限元分析的正確性和原型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，所得結(jié)論可為原型結(jié)構(gòu)的施工提供參考。以北京大學(xué)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(xué)體育館張弦“梁式網(wǎng)殼”結(jié)構(gòu)為研究對象，從張弦結(jié)構(gòu)的構(gòu)成角度出發(fā)，根據(jù)

3、張弦結(jié)構(gòu)的構(gòu)成機(jī)理，在分析剛性結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對張弦空間結(jié)構(gòu)的布置形式、力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了靜力分析及參數(shù)分析，歸納了張弦空間結(jié)構(gòu)的共性，為張弦空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。本文對不同形式的張弦空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性極限承載力全過程分析，對張弦結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制、失效機(jī)制進(jìn)行了分析，結(jié)合兩水準(zhǔn)性能目標(biāo)和塑性發(fā)展過程對結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了評價(jià)，對設(shè)計(jì)使用年限超過100年的結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)進(jìn)行了討論。對張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yù)應(yīng)力大小等參數(shù)對張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載能力的影響。對具有相似結(jié)構(gòu)布置形式的張弦結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制和失效機(jī)制的共同點(diǎn)進(jìn)行了分析。總結(jié)了參數(shù)對張弦結(jié)構(gòu)彈塑性極限承載力的影響規(guī)律。本文對考慮各種構(gòu)件失效情況下的張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性極限承載力分析，跟蹤構(gòu)件失效后結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展過程和極限荷載因子，判斷構(gòu)件的重要性，據(jù)此提出了設(shè)計(jì)中提高關(guān)鍵構(gòu)件的安全度的建議?？偨Y(jié)了大跨度空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(gòu)件重要性的“基于概念的判斷方法”，對構(gòu)件安全性與結(jié)構(gòu)整體安全性的關(guān)系進(jìn)行了探討，并對冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得出了相應(yīng)的結(jié)論，可為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。本文在對張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，采用時(shí)程分析法對固定鉸支承的張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平、豎向作用下的地震響應(yīng)計(jì)算分析；對以改變支座支承剛度和在支座處增加質(zhì)量點(diǎn)的方法考慮屋蓋下部結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和質(zhì)量慣性的張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了豎向地震作用下的地震

6、響應(yīng)計(jì)算分析；對降低矢跨比的張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的水平、豎向地震響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算分析。通過結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力系數(shù)分布規(guī)律和拉索軸力、節(jié)點(diǎn)位移時(shí)程曲線的比較總結(jié)了張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律及改變支座形式和矢跨比的張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特點(diǎn)。本文在總結(jié)文獻(xiàn)對張弦結(jié)構(gòu)和有關(guān)拉索預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工過程分析方法的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)、幾何非線性結(jié)構(gòu)、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(shí)現(xiàn)后張