索穹頂結(jié)構(gòu)性能研究與體系改良.pdf

1、索穹頂結(jié)構(gòu)是一種由預(yù)應(yīng)力提供剛度的空間結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)思想來源于美國著名建筑大師Fuller的張拉整體概念.由于索穹頂結(jié)構(gòu)必須支撐在剛度較大的環(huán)梁上,嚴(yán)格的說并不是自支撐體系,因此只能算是一種類張拉整體結(jié)構(gòu).索穹頂最早的工程應(yīng)用是1988年的韓國首爾奧運(yùn)會體操館與擊劍館,此后其輕盈的建筑造型和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能使得這種嶄新的體系大放異彩. 索穹頂結(jié)構(gòu)是大跨空間結(jié)構(gòu)的新成員.本文首先在緒論部分簡要介紹了空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程,重點(diǎn)闡述了張拉整

2、體結(jié)構(gòu)等柔性結(jié)構(gòu)的發(fā)展和現(xiàn)狀,并給出了本文的主要研究內(nèi)容. 索穹頂結(jié)構(gòu)由索和桿組成,屬于索桿體系.因此索桿體系的一些基礎(chǔ)理論和分析方法適用于這種結(jié)構(gòu),如結(jié)構(gòu)體系找形分析、幾何穩(wěn)定性判定、預(yù)應(yīng)力分布求解、荷載性能分析等.同時索穹頂結(jié)構(gòu)又具有特殊性,高度的對稱性使得其預(yù)應(yīng)力分布與幾何穩(wěn)定性判定可以在基于整體可行預(yù)應(yīng)力概念的基礎(chǔ)上有著較為簡單的處理方法. 索穹頂結(jié)構(gòu)具有高度的幾何非線性,其荷載分析必須采用非線性有限單元法.本文

3、以肋環(huán)型索穹頂為例,利用通用有限元分析軟件Ansys對索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了幾何非線性荷載分析,考察了索穹頂結(jié)構(gòu)在半跨與全跨均布荷載作用下的荷載性能.并以索的松弛作為結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)的判據(jù),對索穹頂?shù)臉O限承載能力進(jìn)行了參數(shù)分析,得到了一些結(jié)論. 初始缺陷與制造誤差是結(jié)構(gòu)建造過程中所不可避免的,索穹頂結(jié)構(gòu)的缺陷敏感性分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析的重要內(nèi)容.本文從支座幾何誤差、索長誤差、支座剛度誤差等三方面全面考慮制作安裝過程中的可能缺陷對結(jié)構(gòu)靜力

4、性能的影響,并以此衡量索穹頂結(jié)構(gòu)的缺陷敏感性.由于缺陷產(chǎn)生的隨機(jī)性及其大小的不確定性,本文主要應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法模擬支座幾何誤差與索長誤差,采用彈性支座替代理想固支以考慮支座剛度的變化. 肋環(huán)形索穹頂由于脊索呈輻射狀布置,設(shè)計(jì)施工都較方便.但其平面外剛度較差,且在荷載作用下,內(nèi)圈索容易松弛退出工作.為了改善肋環(huán)型索穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)性能,本文提出了兩種體系改良方案.其中方案一為部分柔索更換為勁性索,方案二為局部增加構(gòu)造索.對改良后結(jié)構(gòu)