新型拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)體系的理論研究.pdf

1、玻璃作為建筑材料用于建筑物已有很長的歷史，但多用于門、窗、采光帶等附屬于主體結(jié)構(gòu)的圍護(hù)部件而很少參與主體結(jié)構(gòu)的受力。在一般人眼里玻璃是一種薄而易碎的材料，很難與碩大的承重結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。而事實(shí)上，玻璃雖然在力學(xué)性能上具有一定的局限性，但如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能夠揚(yáng)長避短，將其用于建筑結(jié)構(gòu)中卻會取得意想不到的效果。因此，對新型玻璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門的、深入的、有針對性的理論研究和技術(shù)開發(fā)勢在必行，也已成為組合結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的一個新課題。 本課題

2、首先在大量查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對玻璃結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了描述，并扼要的介紹了目前的工程應(yīng)用。其次，根據(jù)玻璃采光頂?shù)臉?gòu)成，詳細(xì)論述了建筑玻璃、玻璃材料的連接和支承體系。 基于充分發(fā)揮玻璃材料的抗壓性能，本文構(gòu)造出了一種玻璃作為承重構(gòu)件的新型拉索-玻璃采光頂結(jié)構(gòu)。該新型結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是通過索張拉和玻璃受壓來形成結(jié)構(gòu)，在索中施加預(yù)應(yīng)力使玻璃板一直處于受壓狀態(tài)，增加結(jié)構(gòu)的整體性。該結(jié)構(gòu)體系在達(dá)到建筑通透效果的同時，也實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)

3、新材料應(yīng)用和新結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)研究。 本文針對新型拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)，提出了一種新的局部邊界只受壓矩形板殼單元模型，并導(dǎo)出了該板殼單元模型的有限元理論列式。在建立復(fù)合平面應(yīng)力單元的剛度矩陣時，采用凝聚法消去內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的效應(yīng)(內(nèi)力和位移)，單元模型中只需要考慮邊界節(jié)點(diǎn)效應(yīng)。局部邊界只受壓板殼單元的剛度矩陣由復(fù)合平面應(yīng)力單元和彎曲板單元的剛度矩陣疊加而成。同時，對帶有局部邊界只受壓板殼單元的新型拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)的非線性分析方法進(jìn)行了研

4、究，導(dǎo)出了新型拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)的有限元列式，提出了該結(jié)構(gòu)的非線性分析方法及步驟。 本文對初始態(tài)下的拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)在豎向?qū)ΨQ荷載、豎向反對稱荷載和風(fēng)吸力作用下的靜力特性進(jìn)行了深入分析，并同純玻璃殼結(jié)構(gòu)的靜力特性進(jìn)行了比較；獲取了拉索截面、預(yù)應(yīng)力力、玻璃板厚跨比、矢跨比和水平索端點(diǎn)坐標(biāo)等參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力特性的影響規(guī)律，通過分析結(jié)構(gòu)最大豎向位移和玻璃板最大拉應(yīng)力在不同參數(shù)下的變化，得到了結(jié)構(gòu)體系的受力機(jī)理及靜力特性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供

5、數(shù)據(jù)資料。 本文對初始態(tài)下的拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。采用非線性有限元理論，結(jié)合牛頓荷載增量法和柱面弧長法的跟蹤技術(shù)，對拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考慮幾何非線性的全過程分析，并研究在結(jié)構(gòu)到達(dá)整體失穩(wěn)時，下部拉索體系的內(nèi)力變化。獲取了拉索截面、預(yù)應(yīng)力、玻璃板厚跨比、矢跨比和水平索端點(diǎn)坐標(biāo)等參數(shù)對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的影響規(guī)律。 在拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)中，玻璃作為主要受力構(gòu)件，當(dāng)一塊或多塊玻璃偶然破碎時，則破碎的玻璃所處的

6、拱帶將變得不連續(xù)，本文對玻璃破碎后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能進(jìn)行了數(shù)值分析和研究，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的可靠性。 為了對結(jié)構(gòu)的動力性能有較全面的了解，本文分析了拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)體系的自振特性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)分析。 根據(jù)新型拉索-玻璃穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文對玻璃板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究，構(gòu)造出了玻璃板元角點(diǎn)處玻璃板與玻璃板、玻璃板與拉索、水平索和放射索的連接形式，并提出了玻璃板間只受壓節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式。通過對螺栓連接和夾板連接的玻璃板的分析計(jì)算，驗(yàn)證了本