滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)弦支穹頂結(jié)構(gòu)分析及試驗(yàn)研究.pdf

1、弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于將預(yù)應(yīng)力設(shè)計值準(zhǔn)確地施加到結(jié)構(gòu)中去，工程中常采用張拉環(huán)索方式施加預(yù)應(yīng)力。為減小索撐節(jié)點(diǎn)處的摩擦損失，可在撐桿下節(jié)點(diǎn)處運(yùn)用滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)。通過試驗(yàn)方法研究這種引入了滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)的弦支穹頂結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，并定量對比分析弦支穹頂與上部單層網(wǎng)殼的靜力性能，對評估滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)弦支穹頂?shù)母咝苄跃哂兄匾饬x。由于橢球形弦支穹頂自身的幾何特征，張拉環(huán)索這一高效施工方式能否直接應(yīng)用于橢球形弦支穹頂，直接影響了弦支

2、穹頂?shù)耐茝V應(yīng)用。滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)的引入雖能有效減小摩擦損失，但既有研究表明其不能完全克服摩擦，因此在結(jié)構(gòu)的有限元分析中如何在單元層面考慮拉索與撐桿下節(jié)點(diǎn)間的摩擦，以準(zhǔn)確評估結(jié)構(gòu)的整體性能。以及張拉過程中的預(yù)應(yīng)力隨機(jī)誤差對結(jié)構(gòu)整體性能的影響，都是弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系的理論研究過程中需要解決的問題。本文即針對這種采用了新型滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)的弦支穹頂結(jié)構(gòu)展開了深入的研究。
　　滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)對結(jié)構(gòu)性能改善程度的最直接衡量標(biāo)準(zhǔn)是檢測出節(jié)點(diǎn)兩

3、側(cè)索力值，以計算該節(jié)點(diǎn)處的預(yù)應(yīng)力摩擦損失值?；谥苯訙y量法提出了一種適用于弦支穹頂結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究的索力測試方法，并通過試驗(yàn)研究、理論分析驗(yàn)證其可靠性及應(yīng)用范圍。
　　提出了一種適用于張弦結(jié)構(gòu)體系的等效摩擦單元，進(jìn)而建立了張弦結(jié)構(gòu)考慮拉索與撐桿下節(jié)點(diǎn)間摩擦的有限元分析方法，并通過試驗(yàn)研究驗(yàn)證了該摩擦單元的適用性。將等效摩擦單元應(yīng)用到張弦桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析中，得到了預(yù)應(yīng)力摩擦損失對張弦桁架結(jié)構(gòu)整體性能的影響規(guī)律。
　　分別開展了

4、帶滾動式張拉索節(jié)點(diǎn)的弦支穹頂結(jié)構(gòu)和其上部單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的理論分析和試驗(yàn)研究，并對比分析了弦支穹頂和相應(yīng)單層網(wǎng)殼的靜力性能?；趩螌泳W(wǎng)殼內(nèi)的力流傳遞規(guī)律和桿件的空間位置關(guān)系，提出了一種桿件內(nèi)力近似計算方法，推導(dǎo)了網(wǎng)殼在球坐標(biāo)系下的有限元計算方法；建立茌平體育館弦支穹頂?shù)?：10縮尺模型，拉索張拉前開展了單層網(wǎng)殼的靜力試驗(yàn)，得到了單層網(wǎng)殼在半跨和全跨荷載作用下的內(nèi)力分布特征，同時驗(yàn)證了理論分析的正確性；開展了弦支穹頂?shù)膹埨囼?yàn)和靜力試驗(yàn)，采用

5、高精度的激光跟蹤儀全程跟蹤測量關(guān)鍵測點(diǎn)位移，揭示了弦支穹頂張拉過程中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形變化規(guī)律，得到了弦支穹頂在全跨與半跨荷載作用下的內(nèi)力分布特征。
　　針對橢球形弦支穹頂結(jié)構(gòu)同圈環(huán)索內(nèi)力有可能不等，從而不能采用張拉環(huán)索這一高效施工方式的情況，分析了3種常見橢球形弦支穹頂結(jié)構(gòu)索撐體系的初始平衡態(tài)，得到了橢球形索撐體系同圈環(huán)索內(nèi)力相等的必要條件；針對同圈環(huán)索內(nèi)力不等的案例，采用擴(kuò)展力密度法對索撐體系重新找形，得到了同圈環(huán)索內(nèi)力相等時的