新型環(huán)箍-穹頂索桿結構形態(tài)分析及抗倒塌性能研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，索桿結構作為一種新興的結構形式不斷被應用到工程實踐中，索穹頂是其中最具代表性的一類結構形式。然而，索穹頂本身并非自平衡結構，需要周邊剛性環(huán)梁的支承。本文利用張拉整體結構自平衡的特點，提出了一種環(huán)形張拉整體結構，并用之代替索穹頂的剛性環(huán)梁，繼而開發(fā)出了一種全張力、自平衡的新型索桿結構體系——環(huán)箍-穹頂索桿結構。利用有限元軟件及自編向量式有限元程序對此新型結構的力學性能進行系統研究，得出了一些有用的結論。
　　通過變換

2、經典半八面體張拉整體單元的幾何構型提出一種半規(guī)則張拉整體單元，并基于平衡矩陣理論對其進行自平衡構型的找形分析，給出了幾何變換后的設計公式，并利用單元自應力模態(tài)和機構位移模態(tài)驗證了單元的幾何穩(wěn)定性。對此單元進行環(huán)向拼裝，組合出了環(huán)形張拉整體結構并給出其整體可行預應力。在環(huán)形張拉整體中部引入葵花形索穹頂，進一步開發(fā)出了全張力、自平衡的環(huán)箍-穹頂索桿結構。組合不同的環(huán)形張拉整體及索穹頂，構建出不同類型的環(huán)箍-穹頂索桿結構，提出了相應的共用索連

3、接方式。為驗證該體系的可行性，制作了不同的實物模型。
　　基于向量式有限元程序對新型環(huán)箍-穹頂索桿結構的靜動力性能進行研究。分別對初始態(tài)至成形態(tài)、成形態(tài)至荷載態(tài)的受力狀態(tài)進行研究，找出了成形過程中的關鍵構件，明確了豎向荷載下結構內力的傳遞路徑。對矢跨比、構件截面、預應力、外側脊索角度等參數進行研究，探索“環(huán)箍”剛度的變化對索穹頂的影響，為結構的設計提出一些有用的建議。利用有限元軟件ANSYS研究了結構的自振特性。
　　利用向

4、量式有限元方法在分析大變形、大位移等幾何非線性問題中的優(yōu)勢，將其引入到新型環(huán)箍-穹頂索桿結構的抗倒塌分析中。將結構構件分成環(huán)形張拉整體部位、過渡連接部位、內部索穹頂部位三類，依據構件破斷后結構的響應情況，總結出四種破壞模式?；跇嫾茢鄬Y構的影響，分別對環(huán)形張拉整體上的構件及索穹頂上的構件進行分類，影響由弱及強分別為H-Ⅰ、H-Ⅱ、H-Ⅲ、H-Ⅵ及S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ。
　　分別在多遇地震及罕遇地震作用下，對新型環(huán)箍-穹頂索桿