索穹頂結構的設計理論與試驗研究.pdf

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

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概念明確，算例和模型試驗表明其能夠應用于不同的索穹頂結構和索桿張拉結構的施工模擬。 索穹頂的剛度和承載能力都是通過施加預應力來獲取的，預應力設計是對索穹頂進行任何其他分析的基礎，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應力法的一些不足：即使在索穹頂構件分組發(fā)生錯誤時仍可找到滿足已知形狀的預應力

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雜索穹頂結構的找力分析。 本文分析了Levy體系索穹頂結構在使用階段的受力性能，著重討論了在均布荷載工況下，初始預應力幅值、矢跨比、桅桿高度等三個參數對結構靜力性能的影響，這三個參數也倍受工程設計人員的關注，最終得出了一些重要結論。 索穹頂結構中壓桿起著十分重要的作用，壓桿的失穩(wěn)將導致整體結構的失效。故本文研究了索穹頂結構在靜力荷載作用下，基

4、于壓桿失穩(wěn)的失效機理，提出了具體的失效判別依據，求得了相應的極限荷載。 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構的內力和變形規(guī)律。試驗結果表明，單元的初始下料長度、重力作用效應、預應力損失等均是實際工程設計中的關鍵問題。試驗結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構張拉成形要求，試驗結果還證實了索穹頂結構的非保守性能。 論文最后對上述研究