索穹頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論與試驗研究.pdf

1、索穹頂(Cable Dome)屬于空間鉸接桿系結(jié)構(gòu)，是目前最能體現(xiàn)張拉整體體系(Tensegrity System)特點的結(jié)構(gòu)形式，國外大量的工程實踐顯示了其強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。本文從理論和實驗兩個方面對這一結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了較為深入的研究，旨在為這種具有優(yōu)秀性能的結(jié)構(gòu)早日在國內(nèi)得到應(yīng)用作微薄貢獻(xiàn)。 索穹頂結(jié)構(gòu)的成形分析是該體系的基礎(chǔ)問題，由于包含剛體位移使得跟蹤難度相當(dāng)大。本文基于改進(jìn)動力松弛法對結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行計算。

2、采用拆除張拉索段的方法能夠克服因其剛體位移而造成的分析困難。該方法操作簡單且力學(xué)概念明確，算例和模型試驗表明其能夠應(yīng)用于不同的索穹頂結(jié)構(gòu)和索桿張拉結(jié)構(gòu)的施工模擬。 索穹頂?shù)膭偠群统休d能力都是通過施加預(yù)應(yīng)力來獲取的，預(yù)應(yīng)力設(shè)計是對索穹頂進(jìn)行任何其他分析的基礎(chǔ)，所以它的找力分析是一項很重要的工作。本文提出一種找力分析方法-不平衡力迭代法，它可以克服整體可行預(yù)應(yīng)力法的一些不足：即使在索穹頂構(gòu)件分組發(fā)生錯誤時仍可找到滿足已知形狀的預(yù)應(yīng)力

3、分布，并且該方法具有良好的穩(wěn)定性和運算效率，算例表明不平衡力迭代法非常適合大型復(fù)雜索穹頂結(jié)構(gòu)的找力分析。 本文分析了Levy體系索穹頂結(jié)構(gòu)在使用階段的受力性能，著重討論了在均布荷載工況下，初始預(yù)應(yīng)力幅值、矢跨比、桅桿高度等三個參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力性能的影響，這三個參數(shù)也倍受工程設(shè)計人員的關(guān)注，最終得出了一些重要結(jié)論。 索穹頂結(jié)構(gòu)中壓桿起著十分重要的作用，壓桿的失穩(wěn)將導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的失效。故本文研究了索穹頂結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下，基

4、于壓桿失穩(wěn)的失效機(jī)理，提出了具體的失效判別依據(jù)，求得了相應(yīng)的極限荷載。 本文通過對一直徑為4.8m的Levy型索穹頂模型的成形與加載試驗研究，得到了在成形過程中和不對稱荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形規(guī)律。試驗結(jié)果表明，單元的初始下料長度、重力作用效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力損失等均是實際工程設(shè)計中的關(guān)鍵問題。試驗結(jié)果證實了筆者提出的成形和找力分析方法可以滿足索穹頂結(jié)構(gòu)張拉成形要求，試驗結(jié)果還證實了索穹頂結(jié)構(gòu)的非保守性能。 論文最后對上述研究