索穹頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、索穹頂(Cable Dome)屬于空間鉸接桿系結(jié)構(gòu)，是目前最能體現(xiàn)張拉整體體系(Tensegrity System)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式，國(guó)外大量的工程實(shí)踐顯示了其強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)這一結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了較為深入的研究，旨在為這種具有優(yōu)秀性能的結(jié)構(gòu)早日在國(guó)內(nèi)得到應(yīng)用作微薄貢獻(xiàn)。 索穹頂結(jié)構(gòu)的成形分析是該體系的基礎(chǔ)問(wèn)題，由于包含剛體位移使得跟蹤難度相當(dāng)大。本文基于改進(jìn)動(dòng)力松弛法對(duì)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算。

2、采用拆除張拉索段的方法能夠克服因其剛體位移而造成的分析困難。該方法操作簡(jiǎn)單且力學(xué)概念明確，算例和模型試驗(yàn)表明其能夠應(yīng)用于不同的索穹頂結(jié)構(gòu)和索桿張拉結(jié)構(gòu)的施工模擬。 索穹頂?shù)膭偠群统休d能力都是通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力來(lái)獲取的，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)是對(duì)索穹頂進(jìn)行任何其他分析的基礎(chǔ)，所以它的找力分析是一項(xiàng)很重要的工作。本文提出一種找力分析方法-不平衡力迭代法，它可以克服整體可行預(yù)應(yīng)力法的一些不足：即使在索穹頂構(gòu)件分組發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)仍可找到滿(mǎn)足已知形狀的預(yù)應(yīng)力

3、分布，并且該方法具有良好的穩(wěn)定性和運(yùn)算效率，算例表明不平衡力迭代法非常適合大型復(fù)雜索穹頂結(jié)構(gòu)的找力分析。 本文分析了Levy體系索穹頂結(jié)構(gòu)在使用階段的受力性能，著重討論了在均布荷載工況下，初始預(yù)應(yīng)力幅值、矢跨比、桅桿高度等三個(gè)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力性能的影響，這三個(gè)參數(shù)也倍受工程設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，最終得出了一些重要結(jié)論。 索穹頂結(jié)構(gòu)中壓桿起著十分重要的作用，壓桿的失穩(wěn)將導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的失效。故本文研究了索穹頂結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下，基

4、于壓桿失穩(wěn)的失效機(jī)理，提出了具體的失效判別依據(jù)，求得了相應(yīng)的極限荷載。 本文通過(guò)對(duì)一直徑為4.8m的Levy型索穹頂模型的成形與加載試驗(yàn)研究，得到了在成形過(guò)程中和不對(duì)稱(chēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，單元的初始下料長(zhǎng)度、重力作用效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力損失等均是實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了筆者提出的成形和找力分析方法可以滿(mǎn)足索穹頂結(jié)構(gòu)張拉成形要求，試驗(yàn)結(jié)果還證實(shí)了索穹頂結(jié)構(gòu)的非保守性能。 論文最后對(duì)上述研究