新型多面體空間剛架結(jié)構(gòu)分析研究.pdf

1、新型多面體空間剛架結(jié)構(gòu)由澳大利亞ARUP公司工程師于2003年首創(chuàng),并在2008年北京奧運三大工程之一的國家游泳中心"水立方"中得以應(yīng)用.這是一種全新的結(jié)構(gòu),其受力性能的研究在國內(nèi)外目前都是一片空白.本文系統(tǒng)地分析研究了這種新結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)成、靜動力特性及延性.本文提出了這種基本單元——類Weaire-Phelan多面體單元,并通過圖形解析和數(shù)學(xué)解析兩種方法研究基本單元的幾何構(gòu)成,揭示了該類單元的重要特征——其基本形狀僅由一個獨立參數(shù)(即

2、形狀控制參數(shù)c)所控制,并進(jìn)一步揭示了多面體空間剛架結(jié)構(gòu)中c的合理范圍以及c和結(jié)構(gòu)總桿長及桿長種數(shù)的關(guān)系.本文通過對這種新型多面體空間剛架結(jié)構(gòu)中幾何構(gòu)成最簡單的一種——平板型多面體剛架結(jié)構(gòu)的研究來揭示這種新結(jié)構(gòu)的受力性能.研究表明這種結(jié)構(gòu)桿件間為鉸接時幾何可變,因此桿件之間必須剛接才能承受外荷載,其桿件承受軸力、雙向彎矩、雙向剪力和扭矩的共同作用,其中雙向剪力和扭矩很小可以忽略.本文分析研究了平板型多面體剛架結(jié)構(gòu)的靜力性能,通過與普通平

3、板網(wǎng)架比較得到這種新結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力的分布規(guī)律.本文還討論了跨度和邊界條件對這種新結(jié)構(gòu)的用鋼量、剛度以及桿件內(nèi)力的影響.本文還分析研究了平板型多面體剛架結(jié)構(gòu)的動力性能,通過與普通平板網(wǎng)架的比較,得到這種新結(jié)構(gòu)比普通平板網(wǎng)架要柔,其在地震作用下的動力響應(yīng)也較后者要小.同時還討論了邊界條件對這種新結(jié)構(gòu)自振特性的影響.本文提出了延性的概念及其在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性,以及表征結(jié)構(gòu)延性的三個重要指標(biāo).結(jié)合通用程序SAP2000給出了鋼桿件進(jìn)入塑性后的本

4、構(gòu)關(guān)系以及性能點參數(shù).采用靜力彈塑性分析,得到了平板型多面體剛架結(jié)構(gòu)和普通平板網(wǎng)架在地震作用下的延性指標(biāo),通過兩者的比較揭示了這種新結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點——具有良好的延性.還給出了唯一應(yīng)用這種新結(jié)構(gòu)的實際工程國家游泳中心"水立方"的靜力彈塑性(pushover)分析作為這種新結(jié)構(gòu)延性分析研究的一個算例.最后,本文對所有開展的研究工作進(jìn)行總結(jié),得出一些有參考價值的結(jié)論,并指出了需要繼續(xù)研究的領(lǐng)域和方向,以便能讓這種全新的結(jié)構(gòu)具有頑強的生命力,得