非完全對稱Geiger索穹頂結(jié)構(gòu)特征與分析理論研究.pdf

1、索穹頂是一種由索桿梁膜組成的柔性結(jié)構(gòu)體系，它重量輕、跨度大，形式優(yōu)美，造價經(jīng)濟(jì)，施工速度快。Geiger索穹頂在世界上最早應(yīng)用于大型實(shí)際工程，自從問世以來一直是大跨輕結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文結(jié)合一種非完全對稱新型索穹頂--切角四邊形Geigcr索穹頂，對索穹頂設(shè)計分析的共性分析理論方法、結(jié)構(gòu)特征，以及非完全對稱切角四邊形Geiger索穹頂特殊的個性特征進(jìn)行了研究。 體系分析是掌握柔性結(jié)構(gòu)自身特性的前提，柔性結(jié)構(gòu)是否可以導(dǎo)入預(yù)應(yīng)力

2、、預(yù)應(yīng)力導(dǎo)入方式及效率是體系分析的重要內(nèi)容。本文第二章建立了索桿梁體系分析方法，首次分析了索穹頂體系索桿梁模型的體系特征。首先建立索桿梁模型的體系平衡方程，應(yīng)用平衡矩陣奇異值分解法求得體系的自應(yīng)力模態(tài)數(shù)和機(jī)構(gòu)位移模態(tài)數(shù)，判定體系是否可以導(dǎo)入預(yù)應(yīng)力；然后應(yīng)用列主元高斯消去法求得索桿梁體系的各階自應(yīng)力模態(tài)，并指明體系的預(yù)應(yīng)力導(dǎo)入方式；首次提出應(yīng)用自應(yīng)力模態(tài)內(nèi)積的概念和方法解決不同預(yù)應(yīng)力導(dǎo)入方式及效率問題。 本文第三章建立了索桿梁膜索

3、穹頂體系的整體協(xié)同找形方法，主要包括三步：索桿體系的預(yù)應(yīng)力分布、索桿膜協(xié)同找力、索桿梁膜體系的協(xié)同找形。最后應(yīng)用該方法，編程實(shí)現(xiàn)了切角四邊形Geiger索穹頂體系的整體協(xié)同找形。 本文提出應(yīng)用線性調(diào)整理論求解已知幾何形狀索桿結(jié)構(gòu)初始預(yù)應(yīng)力分布的方法，該方法可以在不考慮索桿體系剛度的前提下，運(yùn)用線性迭代方法求出索桿體系的初始預(yù)應(yīng)力，這樣既能大大簡化計算工作量，又能很好地解決多自應(yīng)力模態(tài)索桿體系的初始預(yù)應(yīng)力問題。 第四章對切

4、角四邊形Geiger索穹頂體系的靜力特性進(jìn)行了比較分析研究。分析內(nèi)容包括：滿載和偏載下索桿梁體系和索桿梁膜體系的靜力特性；有無谷索對索桿梁膜體系靜力特性的影響；以及索桿梁膜體系在正常非對稱設(shè)計荷載作用下的穩(wěn)定性。分析結(jié)果表明：膜面、谷索及張力水平對索穹頂結(jié)構(gòu)特征有較大影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)充分考慮。 第五章分析了索桿梁體系、索膜結(jié)構(gòu)和索桿梁膜體系的自振特性，結(jié)果表明：索穹頂整體剛度主要由索桿梁體系及張力水平?jīng)Q定，膜面、谷索可提高整

5、體剛度、有效抑制索桿局部扭轉(zhuǎn)，但整體抗扭剛度仍較低。雖然膜面張力的提高可有效提高膜面局部剛度，但對整體剛度提高較小。而后采用線性自回歸濾波器法(AR法)編程模擬了索穹頂體系的脈動風(fēng)速時程曲線，進(jìn)行了切角四邊形Geiger索穹頂體系的非線性脈動風(fēng)振響應(yīng)分析，結(jié)果表明索穹頂風(fēng)振效應(yīng)十分顯著。 第六章首次提出采用極值Ⅰ型概率分布模型來描述索長制作誤差極值，并建立鋼索制作誤差極值模型。應(yīng)用該模型對比分析了三種索穹頂體系(經(jīng)典Geiger

6、索穹頂、肋環(huán)型索穹頂和切角四邊形Geiger索穹頂)在索長產(chǎn)生制作誤差情況下的預(yù)應(yīng)力改變情況，并且找到了三種不同索穹頂體系中對鋼索制作誤差敏感的索的類型。同時分析了由于鋼索制作原因造成的索的有效截面面積和彈性模量(EA)的變化對索穹頂體系預(yù)應(yīng)力的影響，這些研究對鋼索的實(shí)際加工制作和安裝具有一定指導(dǎo)意義。 第七章應(yīng)用非線性有限元法對切角四邊形Geiger索穹頂進(jìn)行了逆向施工模擬分析，通過主動索和輔助索索長的改變來實(shí)現(xiàn)索穹頂?shù)恼w提