弦支穹頂結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析和實(shí)物靜動(dòng)力試驗(yàn)研究.pdf

1、弦支穹頂結(jié)構(gòu)是基于張拉整體概念和單層網(wǎng)殼的一種新型復(fù)合空間結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)剛度大、穩(wěn)定性高、施工方便，可以更合理、更經(jīng)濟(jì)、更美觀地跨越大跨度空間。本文在以往研究的基礎(chǔ)上對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為系統(tǒng)和全面的研究。 分析了弦支穹頂結(jié)構(gòu)的概念、特點(diǎn)和研究背景，對(duì)國外的研究成果以及近年來國內(nèi)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，明確了促進(jìn)結(jié)構(gòu)推廣應(yīng)用的幾項(xiàng)研究要點(diǎn)。 首先介紹了計(jì)算分析使用的鉸支桿單元、剛接梁-柱單元以及柔性索單元的幾何非線性有

2、限單元法。然后討論了目前對(duì)弦支結(jié)構(gòu)體系的不同叫法。根據(jù)節(jié)點(diǎn)連接形式對(duì)弦支結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步分類，并按照構(gòu)件的布置方式進(jìn)行了詳細(xì)分類。 推導(dǎo)了環(huán)索預(yù)應(yīng)力設(shè)定的基本公式，由此可確定各圈環(huán)索預(yù)應(yīng)力的比值。以消除結(jié)構(gòu)對(duì)支座的水平推力為目標(biāo)，通過改進(jìn)的張力補(bǔ)償法，實(shí)現(xiàn)了確定拉索預(yù)應(yīng)力值的過程。通過缺陷位移法和張力松弛法，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了施工過程分析，得到了預(yù)應(yīng)力拉索考慮張拉順序的張力施工控制值。 將風(fēng)荷載分為靜風(fēng)荷載和脈動(dòng)風(fēng)載，對(duì)比分析了

3、弦支穹頂和單層網(wǎng)殼在靜風(fēng)荷載和脈動(dòng)風(fēng)載作用下內(nèi)力和位移響應(yīng)。得到了一些對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助的結(jié)論。結(jié)構(gòu)在脈動(dòng)風(fēng)荷載下的響應(yīng)使用了隨機(jī)振動(dòng)的分析方法，通過ANSYS中的PSD分析得到。 對(duì)天津博物館工程中跨度為18.5m的弦支穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物靜動(dòng)力試驗(yàn)研究。半索半桿以及全剛性桿兩種不同形式弦支穹頂結(jié)構(gòu)都是在理論分析的基礎(chǔ)上，確定了試驗(yàn)方案。靜力試驗(yàn)中，分別采集了不同荷載步下單元的應(yīng)變和節(jié)點(diǎn)的位移。在同理論分析進(jìn)行對(duì)比時(shí)考慮了10％

4、的預(yù)加載以及節(jié)點(diǎn)剛接和鉸接的影響。動(dòng)力試驗(yàn)中，采用環(huán)境激勵(lì)法和錘擊脈動(dòng)法分別對(duì)屋蓋建造過程中的兩個(gè)階段進(jìn)行研究，測(cè)得了結(jié)構(gòu)的自振頻率及其對(duì)應(yīng)的振型，對(duì)其振型特征進(jìn)行了分析，并將以上結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。 最后對(duì)弦支結(jié)構(gòu)分類、弦支穹頂結(jié)構(gòu)拉索預(yù)應(yīng)力值的設(shè)定、施工過程分析、風(fēng)荷載響應(yīng)及結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力試驗(yàn)等研究成果進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)不同類型弦支穹頂結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造以及預(yù)應(yīng)力施加方案等進(jìn)一步研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了展望。