Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)性能分析和施工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、索穹頂結(jié)構(gòu)是一種由脊索、斜索、環(huán)索和撐桿構(gòu)成的空間張力索桿體系，這種結(jié)構(gòu)以其新穎的結(jié)構(gòu)造型、巧妙的構(gòu)思、較輕的自重和快速的施工，一經(jīng)問世便引起了國際空間結(jié)構(gòu)學術(shù)界與工程界的高度重視。目前索穹頂結(jié)構(gòu)的屋面覆蓋系統(tǒng)主要采用張拉膜，對于剛性屋面索穹頂?shù)难芯可刑幱谄鸩诫A段。玻璃面板、彩鋼板等傳統(tǒng)剛性屋面材料，在國內(nèi)鋼屋蓋結(jié)構(gòu)中已有非常廣泛的應(yīng)用，但剛性屋面的跨越能力小，需要增設(shè)次結(jié)構(gòu)支承屋面，并將屋面荷載傳遞至索穹頂主體結(jié)構(gòu)，這對次結(jié)構(gòu)的跨越能

2、力提出了較高的要求。
　　弦支穹頂結(jié)構(gòu)是一種剛?cè)嵯酀碾s交結(jié)構(gòu)，其用上部網(wǎng)殼替換了常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)中的脊索網(wǎng)。弦支穹頂由于存在上部網(wǎng)殼而易于鋪設(shè)剛性屋面材料，但弦支穹頂存在受壓彎的網(wǎng)殼，用鋼量相對較大，且目前弦支穹頂普遍需要搭設(shè)大量支架來高空拼裝網(wǎng)殼，施工措施費高，高空焊接量大，工期長。
　　本文作者在閱讀了國內(nèi)外大量文獻的基礎(chǔ)上，分析并總結(jié)了索穹頂結(jié)構(gòu)及弦支穹頂結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、施工方法以及工程應(yīng)用，提出了一種新型結(jié)構(gòu)—Lev

3、y型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)。Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)由拉梁、斜索、環(huán)索和撐桿構(gòu)成，即將常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)中僅受拉的柔性脊索替換為受拉彎的剛性脊梁。Levy型拉梁-索穹頂兼具索穹頂和弦支穹頂?shù)膬?yōu)點，通過預(yù)應(yīng)力張拉在拉梁、斜索和環(huán)索中建立預(yù)張力，屬于張力結(jié)構(gòu);拉梁受拉彎，穩(wěn)定性好，用鋼量少，通過在拉梁上合理設(shè)置機構(gòu)鉸可采用先進的少支架甚至無支架的整體牽引提升的方法進行施工，便于鋪設(shè)剛性屋面材料。
　　本文對Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)的構(gòu)形進行

4、研究，介紹其基本構(gòu)成。拉梁上的鉸包括設(shè)置在拉梁端部的結(jié)構(gòu)鉸和拉梁中部的機構(gòu)鉸，根據(jù)鉸的設(shè)置位置，可以將Levy型拉梁-索穹頂分為無鉸、單鉸、雙鉸和三鉸四種情況。對三鉸拉梁、二鉸拉梁和脊索構(gòu)件進行了對比分析，研究了不同荷載工況下三者的受力和變形情況。采用迭代法進行了Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)找力分析。
　　采用非線性有限元計算方法，對Levy型拉梁-索穹頂?shù)撵o力性能進行分析，考察了滿跨活載、半跨活載及溫變荷載作用下，構(gòu)件內(nèi)力和節(jié)點位

5、移隨荷載變化的規(guī)律。同時，為掌握Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)與常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)的受力性能差異，分別建立跨度和幾何拓撲關(guān)系相同，以及預(yù)應(yīng)力找力目標一致的上述兩種結(jié)構(gòu)的模型，對比受力性能和變形情況，特別是拉梁應(yīng)力和拉梁中部的局部變形，考察了拉梁對整體結(jié)構(gòu)的剛度和承載力影響。此外，通過改變初始預(yù)應(yīng)力水平和拉梁截面形式，對Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)化分析。
　　本文采用整體提升牽引的施工方法實現(xiàn)Levy型拉梁-索穹頂?shù)臒o支架提升牽引

6、施工，需要在拉梁中部設(shè)置機構(gòu)鉸使拉梁網(wǎng)格變?yōu)闄C構(gòu)，提出了七種拉梁機構(gòu)鉸設(shè)置方案。采用“確定索桿系靜力平衡態(tài)的非線性動力有限元法(簡稱NDFEM)”對相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型進行了施工全過程分析，通過施工模擬分析得出了可行的拉梁機構(gòu)鉸設(shè)置模式。
　　對Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)進行了試驗研究，設(shè)計了一個直徑為8m的Levy型拉梁-索穹頂結(jié)構(gòu)試驗?zāi)Ｐ?，模擬了其施工成型的全過程，測試了施工過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移，驗證了“無支架整體牽引張拉施工方法