三鉸脊梁式索穹頂整體受力性能及施工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、常規(guī)索穹頂是一種由脊索、斜索、環(huán)索和壓桿構(gòu)成的空間全張力結(jié)構(gòu)，其構(gòu)型簡(jiǎn)潔、空間跨越能力強(qiáng)、自重輕、凈空高、現(xiàn)已在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用。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(duì)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(guó)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(duì)次結(jié)構(gòu)的跨越能力提出了較高的要求。
　　弦支穹頂結(jié)構(gòu)是一種剛?cè)?/p>

2、相濟(jì)的雜交結(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(duì)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(fèi)高，高空焊接量大，工期長(zhǎng)。
　　本文在閱讀了國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了索穹頂結(jié)構(gòu)及弦支穹頂結(jié)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、施工技術(shù)以及工程應(yīng)用，提出了一種新型結(jié)構(gòu)—脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)。脊梁式索穹頂由斜索、環(huán)索、撐桿和脊梁構(gòu)成，

3、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。脊梁式索穹頂兼具索穹頂和弦支穹頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)，通過預(yù)應(yīng)力張拉在脊梁、斜索和環(huán)索中建立預(yù)張力，屬于張力結(jié)構(gòu);脊梁受拉彎，穩(wěn)定性好，用鋼量少，通過在脊梁上合理設(shè)置鉸可采用先進(jìn)的少支架甚至無支架的整體牽引提升的方法進(jìn)行施工，便于鋪設(shè)剛性屋面材料。
　　本文對(duì)脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)的構(gòu)形進(jìn)行研究，介紹其基本構(gòu)成。脊梁上的鉸可設(shè)置在脊梁的中部和端部，根據(jù)在使用階段結(jié)構(gòu)鉸的設(shè)置位置，將脊梁式索穹

4、頂分為無鉸、單鉸、雙鉸和三鉸四種情況。
　　采用非線性有限元計(jì)算方法，對(duì)脊梁式索穹頂?shù)撵o力性能進(jìn)行了分析，同時(shí)，為了解脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)索穹頂結(jié)構(gòu)的受力性能差異，分別建立相同跨度、拓?fù)潢P(guān)系與預(yù)應(yīng)力分布的常規(guī)索穹頂結(jié)構(gòu)模型，對(duì)兩種模型的受力性能與剛度進(jìn)行對(duì)比。在滿跨和半跨活荷載作用下，構(gòu)件內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)位移隨荷載變化的規(guī)律，以及脊梁應(yīng)力和脊梁中鉸的局部變形，考察了剛性脊梁對(duì)整體結(jié)構(gòu)的剛度和承載力的影響。此外，通過預(yù)應(yīng)力水平、脊梁截面

5、形式和規(guī)格、內(nèi)脊梁是否設(shè)置脊梁中鉸等方面，對(duì)三鉸脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　對(duì)脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)直徑為6m的Geiger型脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模擬了脊梁式索穹頂結(jié)構(gòu)施工成型的全過程，測(cè)試了施工過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移，驗(yàn)證了“無支架整體牽引張拉施工方法”在本次試驗(yàn)的可行作性;分析了結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學(xué)性能;進(jìn)行了瞬間斷索試驗(yàn)，考察了局部構(gòu)件破斷瞬間及破壞后結(jié)構(gòu)的形態(tài)。通過實(shí)測(cè)值與理論值的對(duì)比分