矩形平面索穹頂結(jié)構(gòu)的理論分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、索穹頂結(jié)構(gòu)除少數(shù)幾根桿件受壓外，其余桿件都處于張力狀態(tài)，所以充分發(fā)揮了鋼索的高強(qiáng)特性，且索穹頂結(jié)構(gòu)一般以膜材作為覆蓋材料，具有自重輕、跨度大及建筑造型自由豐富等特點(diǎn)。故這種結(jié)構(gòu)同時(shí)集新材料、新技術(shù)、新工藝和高效率于一體，被認(rèn)為是代表當(dāng)今國際空間結(jié)構(gòu)發(fā)展最高水平的結(jié)構(gòu)形式。目前國際上有實(shí)際工程應(yīng)用的索穹頂結(jié)構(gòu)有Geiger型和Levy型兩種，但現(xiàn)有對(duì)Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)的研究都集中于圓形平面的結(jié)構(gòu)形式上，關(guān)于矩形平面的索穹頂結(jié)構(gòu)并未見

2、有文獻(xiàn)描述。本文對(duì)矩形平面Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)的可行預(yù)應(yīng)力分布、機(jī)構(gòu)位移求解、施工張拉成形方法、結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力性能、索桿膜的協(xié)同分析及其結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)等內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 本文第一章在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單回顧了索穹頂結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史、工程應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，并確定了本文的主要研究內(nèi)容。 第二章推導(dǎo)了基于懸鏈線解析解的索單元變形協(xié)調(diào)方程式，并編制了相應(yīng)計(jì)算程序?qū)λ黢讽斀Y(jié)構(gòu)精確的預(yù)應(yīng)力分布進(jìn)行求解，結(jié)構(gòu)分析時(shí)壓

3、桿采用兩節(jié)點(diǎn)直線桿單元，索采用懸鏈線索單元；考慮到索穹頂結(jié)構(gòu)屬于動(dòng)不定結(jié)構(gòu)體系，文中還對(duì)動(dòng)不定體系的求解過程進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)，同時(shí)采用建立在大變形基礎(chǔ)上的變形協(xié)調(diào)方程來求解結(jié)構(gòu)體系的有限機(jī)構(gòu)位移。 考慮矩形平面Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)對(duì)稱性和預(yù)應(yīng)力分布的可行性之后，矩形平面Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)通常只有一個(gè)自應(yīng)力模態(tài)，對(duì)于一個(gè)自應(yīng)力模態(tài)的結(jié)構(gòu)體系，可以建立其預(yù)應(yīng)力分布的簡(jiǎn)捷顯式計(jì)算公式，本文第三章推導(dǎo)了矩形平面Geiger型索

4、穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力分布的計(jì)算公式。 索穹頂結(jié)構(gòu)的施工方法研究一直是該類結(jié)構(gòu)體系研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，本文第四章對(duì)圓形平面和矩形平面Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)的多種施工張拉方法進(jìn)行了詳細(xì)探討和研究，并對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行跟蹤和模擬，從而提出了一次張拉索穹頂結(jié)構(gòu)外圈斜索、環(huán)索或其它桿件的施工成形方法。 第五章對(duì)矩形平面Geiger型索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)索桿部分在滿跨荷載、半跨荷載作用下的受力進(jìn)行了分析研究，考察了結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力改變對(duì)結(jié)構(gòu)受

5、力性能的影響，并將其靜力特性與圓形平面軸對(duì)稱Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，最后對(duì)索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行了簡(jiǎn)單計(jì)算。 第六章對(duì)矩形平面Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了索桿膜協(xié)同分析，并提出了索穹頂結(jié)構(gòu)索桿膜找形的逐次逼近法；其次在找形后的平衡態(tài)施加荷載，考慮索桿膜結(jié)構(gòu)體系在滿跨、半跨荷載作用下的力學(xué)性能。 第七章設(shè)計(jì)并加工了一矩形平面(4.7m×3.4m)Geiger型索穹頂結(jié)構(gòu)，并對(duì)該模型進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究內(nèi)容