肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的理論分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、本文提出了一種新型的肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)，突破了現(xiàn)有索穹頂結(jié)構(gòu)基于傳統(tǒng)張拉整體理論的構(gòu)形方式，用一組對(duì)稱(chēng)相交的人字形撐桿替代單根豎向撐桿，使得撐桿的水平投影構(gòu)成一組環(huán)線。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)形使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和在不對(duì)稱(chēng)復(fù)雜荷載作用下的穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。且結(jié)構(gòu)形成的環(huán)向折線形屋面在鋪設(shè)膜材時(shí)，不需再設(shè)置穩(wěn)定谷索，這不僅簡(jiǎn)化了施工，同時(shí)也豐富了索穹頂屋蓋結(jié)構(gòu)的外形。針對(duì)這種新型索穹頂結(jié)構(gòu)，本文分別從理論和試驗(yàn)兩個(gè)方面，對(duì)其靜動(dòng)力特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在

2、運(yùn)用向量式有限元方法的基礎(chǔ)上，對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析、張拉成形全過(guò)程分析和索桿失效分析等方面的理論和計(jì)算方法進(jìn)行了發(fā)展和改進(jìn)。
　　第1章介紹了空間結(jié)構(gòu)的分類(lèi)、形式及其發(fā)展歷程。對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)的起源，結(jié)構(gòu)特性，分析理論發(fā)展?fàn)顩r和實(shí)際工程應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)。系統(tǒng)闡述了本文的研究背景，明確了論文的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容。
　　第2章分別采用節(jié)點(diǎn)平衡方程和平衡矩陣?yán)碚?，?duì)肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的整體可行預(yù)應(yīng)力模態(tài)進(jìn)行了計(jì)算，確定了結(jié)構(gòu)的整體

3、可行預(yù)應(yīng)力模態(tài)計(jì)算方法。并就結(jié)構(gòu)不同幾何參數(shù)變化情況下，其整體可行預(yù)應(yīng)力模態(tài)的變化情況進(jìn)行了計(jì)算分析。
　　第3章對(duì)比和分析了肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)與Geiger型、Levy型索穹頂結(jié)構(gòu)，在均布滿(mǎn)跨荷載、均布半跨荷載和均布水平荷載分別作用下的結(jié)構(gòu)靜力受力性能。對(duì)肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型，以及不同幾何、受力狀態(tài)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)自振頻率、振型的影響進(jìn)行了計(jì)算分析。最后，對(duì)結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算。
　　第4章

4、對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，采用小生境遺傳算法與向量式有限元方法相結(jié)合的優(yōu)化算法，對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了以質(zhì)量最小、剛度最大和支座水平反力最小為三個(gè)目標(biāo)函數(shù)，以預(yù)應(yīng)力水平為單優(yōu)化變量和以預(yù)應(yīng)力水平與結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)相結(jié)合為多優(yōu)化變量的不同目標(biāo)函數(shù)加權(quán)系數(shù)下的優(yōu)化分析計(jì)算。并通過(guò)分析優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果，總結(jié)了各優(yōu)化變量對(duì)于目標(biāo)函數(shù)及適應(yīng)度值的影響規(guī)律。
　　第5章對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)局部索桿破斷失效致結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算分析。首先分析了隨著

5、荷載增大，內(nèi)圈脊索松弛對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響;然后研究了單個(gè)索桿破斷后結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及結(jié)構(gòu)最終位形和受力狀態(tài)，并以此對(duì)結(jié)構(gòu)索桿的重要性進(jìn)行了劃分;之后研究了考慮材料非線性情況下，單根索桿致三種索穹頂結(jié)構(gòu)的連續(xù)破斷現(xiàn)象，對(duì)比了三種結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和破壞模式;最后分析對(duì)比了不同計(jì)算參數(shù)及結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)變化情況下，局部破壞造成的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。
　　第6章對(duì)肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的張拉成形全過(guò)程進(jìn)行了模擬分析。提出完全零狀態(tài)建模方法，首先分析了四

6、種不同張拉方案的結(jié)構(gòu)成形過(guò)程中內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)位移變化情況，并對(duì)不同張拉方案的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié);之后根據(jù)提出的驅(qū)動(dòng)索單元法，分析計(jì)算了考慮環(huán)索滑移情況下，結(jié)構(gòu)分步分批張拉時(shí)各索桿內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)位移變化，以及環(huán)索滑移對(duì)結(jié)構(gòu)最終成形狀態(tài)的影響。
　　第7章設(shè)計(jì)了一10m跨度的肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)在不同張拉方案下的張拉成形全過(guò)程模擬試驗(yàn)，全跨、半跨荷載作用下的靜力加載試驗(yàn)和單索失效后結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算