索穹頂結構施工成形理論及試驗研究.pdf

1、索穹頂結構是一種結構效率極高的結構體系,這種結構以其新穎的結構造型、巧妙的構思、較輕的自重和快速的施工,一經(jīng)問世就引起國際空間結構學術界、工程界的高度重視。國外已有10余座這樣的結構建成,國內對該體系的研究雖然在理論上已經(jīng)取得了一定的成果,但距工程應用仍有距離,還需進一步深入研究。本文從工程應用角度出發(fā),對索穹頂結構施工成形的關鍵技術問題進行系統(tǒng)的研究,旨在為索穹頂結構在國內工程應用提供一定的技術儲備。 作者在閱讀了大量文獻的基

2、礎上,分析了索穹頂結構的特點和優(yōu)點,總結了國內外研究現(xiàn)狀、工程應用以及尚需解決的問題。在前人研究成果的基礎上,提出了本文的主要研究內容。 基于Lagrange描述的兩節(jié)點曲線索單元和兩節(jié)點直線桿單元建立了索穹頂結構非線性混合有限元方程,作為本文研究內容的理論基礎。提出了考慮索自重影響的簡化分析方法,并基于ANSYS平臺開發(fā)了索穹項結構計算程序,若干算例驗證了該程序正確可靠,具有較高的精度。 針對索穹頂結構施工成形過程復雜

3、多變的特點,提出了施工過程時變分析方法,基于Updated Lagrange列式建立了非線性時變方程,充分考慮了施工過程的時變效應。對索穹頂結構在施工過程中內力和節(jié)點位移的時變特性進行了分析,得出必須將索穹頂結構分析和施工過程分析一體化考慮的結論。 提出一種新的施工成形方法--分層頂升豎桿法,并與張拉斜索法在施工過程中的力學性狀進行了對比分析。算例分析表明,本文方法避免了節(jié)點發(fā)生較大的位移,降低了施工難度,是一種有效的施工方法,

4、可供索穹頂結構施工采用。 應用Monte Carlo方法分析了施工過程中支座加工誤差和桿件制作誤差等因素對結構力學性能的影響,給出實際施工誤差控制的合理范圍,并指出施工中應重點控制的對象。為了提高施工效率,提出了不均勻預應力水平的評價標準,為施工調試提供了指導準則,避免了施工調試的盲目性。 應用瞬態(tài)動力學原理研究了索穹頂結構中局部構件破壞后對結構靜力性能的影響和結構的破壞形態(tài)。分析了索穹頂結構的失效機理,提出環(huán)向承力系統(tǒng)

5、的概念,指出索穹頂結構失效的本質是源于環(huán)向承力系統(tǒng)的破壞。根據(jù)構件局部破壞后對結構的影響程度,將各構件劃分了不同的安全等級,對結構設計、施工以及建后維護有一定的借鑒意義。 對直徑為6 m的索穹頂結構模型進行了試驗研究,模擬了分層頂升豎桿成形方法的施工全過程,并進行了構件破壞試驗。試驗結果驗證了所提出分析理論的正確性和成形方法的可行性。 本文的研究工作為索穹項結構施工提供了有力的技術支持,對索穹頂結構的設計與施工均有重要的