矩形平面索穹頂結構的理論分析與試驗研究.pdf

1、索穹頂結構除少數(shù)幾根桿件受壓外，其余桿件都處于張力狀態(tài)，所以充分發(fā)揮了鋼索的高強特性，且索穹頂結構一般以膜材作為覆蓋材料，具有自重輕、跨度大及建筑造型自由豐富等特點。故這種結構同時集新材料、新技術、新工藝和高效率于一體，被認為是代表當今國際空間結構發(fā)展最高水平的結構形式。目前國際上有實際工程應用的索穹頂結構有Geiger型和Levy型兩種，但現(xiàn)有對Geiger型索穹頂結構的研究都集中于圓形平面的結構形式上，關于矩形平面的索穹頂結構并未見

2、有文獻描述。本文對矩形平面Geiger型索穹頂結構的可行預應力分布、機構位移求解、施工張拉成形方法、結構的靜動力性能、索桿膜的協(xié)同分析及其結構模型試驗等內(nèi)容進行了系統(tǒng)的研究。 本文第一章在查閱大量國內(nèi)外相關文獻的基礎上，簡單回顧了索穹頂結構的發(fā)展歷史、工程應用及研究現(xiàn)狀，并確定了本文的主要研究內(nèi)容。 第二章推導了基于懸鏈線解析解的索單元變形協(xié)調方程式，并編制了相應計算程序對索穹頂結構精確的預應力分布進行求解，結構分析時壓

3、桿采用兩節(jié)點直線桿單元，索采用懸鏈線索單元；考慮到索穹頂結構屬于動不定結構體系，文中還對動不定體系的求解過程進行了詳細的推導，同時采用建立在大變形基礎上的變形協(xié)調方程來求解結構體系的有限機構位移。 考慮矩形平面Geiger型索穹頂結構對稱性和預應力分布的可行性之后，矩形平面Geiger型索穹頂結構通常只有一個自應力模態(tài)，對于一個自應力模態(tài)的結構體系，可以建立其預應力分布的簡捷顯式計算公式，本文第三章推導了矩形平面Geiger型索

4、穹頂結構預應力分布的計算公式。 索穹頂結構的施工方法研究一直是該類結構體系研究的重點和難點之一，本文第四章對圓形平面和矩形平面Geiger型索穹頂結構的多種施工張拉方法進行了詳細探討和研究，并對索穹頂結構的施工過程進行跟蹤和模擬，從而提出了一次張拉索穹頂結構外圈斜索、環(huán)索或其它桿件的施工成形方法。 第五章對矩形平面Geiger型索穹項結構索桿部分在滿跨荷載、半跨荷載作用下的受力進行了分析研究，考察了結構預應力改變對結構受

5、力性能的影響，并將其靜力特性與圓形平面軸對稱Geiger型索穹頂結構進行對比分析，最后對索穹項結構的動力特性進行了簡單計算。 第六章對矩形平面Geiger型索穹頂結構進行了索桿膜協(xié)同分析，并提出了索穹頂結構索桿膜找形的逐次逼近法；其次在找形后的平衡態(tài)施加荷載，考慮索桿膜結構體系在滿跨、半跨荷載作用下的力學性能。 第七章設計并加工了一矩形平面(4.7m×3.4m)Geiger型索穹頂結構，并對該模型進行了試驗研究，研究內(nèi)容