弦支穹頂結(jié)構(gòu)力學性能分析和實物靜動力試驗研究.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、更美觀地跨越大跨度空間。本文在以往研究的基礎上對弦支穹頂結(jié)構(gòu)進行了較為系統(tǒng)和全面的研究。 分析了弦支穹頂結(jié)構(gòu)的概念、特點和研究背景，對國外的研究成果以及近年來國內(nèi)的研究現(xiàn)狀進行了總結(jié)，明確了促進結(jié)構(gòu)推廣應用的幾項研究要點。 首先介紹了計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。然后討論了目前對弦支結(jié)構(gòu)體系的不同叫法。根據(jù)節(jié)點連接形式對弦支結(jié)構(gòu)進行了初步分類，并按照構(gòu)件的布置方式進行了詳細分類。 推導了環(huán)索預應力設定的基本公式，由此可確定各圈環(huán)索預應力的比值。以消除結(jié)構(gòu)對支座的水平推力為目標，通過改進的張力補償法，實現(xiàn)了確定拉索預應力值的過程。通過缺陷位移法和張力松弛法，對結(jié)構(gòu)進行了施工過程分析，得到了預應力拉索考慮張拉順序的張力施工控制值。 將風荷載分為靜風荷載和脈動風載，對比分析了

3、弦支穹頂和單層網(wǎng)殼在靜風荷載和脈動風載作用下內(nèi)力和位移響應。得到了一些對結(jié)構(gòu)設計有助的結(jié)論。結(jié)構(gòu)在脈動風荷載下的響應使用了隨機振動的分析方法，通過ANSYS中的PSD分析得到。 對天津博物館工程中跨度為18.5m的弦支穹頂結(jié)構(gòu)進行了現(xiàn)場實物靜動力試驗研究。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上，確定了試驗方案。靜力試驗中，分別采集了不同荷載步下單元的應變和節(jié)點的位移。在同理論分析進行對比時考慮了10％

4、的預加載以及節(jié)點剛接和鉸接的影響。動力試驗中，采用環(huán)境激勵法和錘擊脈動法分別對屋蓋建造過程中的兩個階段進行研究，測得了結(jié)構(gòu)的自振頻率及其對應的振型，對其振型特征進行了分析，并將以上結(jié)果與理論分析結(jié)果進行了對比。 最后對弦支結(jié)構(gòu)分類、弦支穹頂結(jié)構(gòu)拉索預應力值的設定、施工過程分析、風荷載響應及結(jié)構(gòu)靜動力試驗等研究成果進行了總結(jié)，并對不同類型弦支穹頂結(jié)構(gòu)的力學性能、合理的節(jié)點構(gòu)造以及預應力施加方案等進一步研究內(nèi)容進行了展望。