雜交張拉結(jié)構(gòu)體系的靜力彈塑性分析及工程應(yīng)用.pdf

1、空間結(jié)構(gòu)，作為覆蓋無(wú)柱空間的大跨度結(jié)構(gòu)，通常通過(guò)其自身三維的形狀和構(gòu)成來(lái)抗力。它不僅要考慮結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間構(gòu)成，也要顧及結(jié)構(gòu)對(duì)外部空間的影響，不僅要直接表達(dá)力學(xué)概念，也要通過(guò)其規(guī)模和形態(tài)來(lái)展示建筑意圖。 對(duì)于大跨度空間建筑而言，凡具有持久生命力的作品，往往是通過(guò)以下兩種途徑而產(chǎn)生：其一，通過(guò)結(jié)構(gòu)體系的變革與創(chuàng)新來(lái)創(chuàng)造全新的建筑空間造型，如亞特蘭大佐治亞體育館(索穹頂)，但這需要一個(gè)長(zhǎng)期研究、試驗(yàn)、實(shí)踐的歷程；其二，根據(jù)建筑造型的特

2、點(diǎn)，來(lái)選擇適應(yīng)性強(qiáng)且性能優(yōu)異結(jié)構(gòu)體系，使建筑藝術(shù)與結(jié)構(gòu)技術(shù)得以完美融合。顯然，后者在實(shí)踐中成功的可能性更大。 從結(jié)構(gòu)的力學(xué)性態(tài)出發(fā)，常見(jiàn)的大跨度空間結(jié)構(gòu)體系可以分為：抗彎抗剪體系，如桁架、網(wǎng)架；抗壓體系，如拱和網(wǎng)殼；抗拉體系，如索膜結(jié)構(gòu)。若將兩種或多種具有不同作用力改向機(jī)制的結(jié)構(gòu)體系結(jié)合在一起而構(gòu)成的具有獨(dú)特受力特性的、高效的結(jié)構(gòu)，稱之為雜交結(jié)構(gòu)體系(HybridStructure System)。其最大特點(diǎn)在于不同結(jié)構(gòu)體系之間

3、取長(zhǎng)補(bǔ)短和協(xié)同工作，因而形式多樣、受力合理。 本文以雜交張拉結(jié)構(gòu)體系為研究對(duì)象，以其中的張弦結(jié)構(gòu)作為研究重點(diǎn)，以近年來(lái)國(guó)內(nèi)外成功運(yùn)用該結(jié)構(gòu)體系的實(shí)際案例作為工程背景，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行全面深入的靜力彈塑性分析，以期對(duì)該類結(jié)構(gòu)體系的共性進(jìn)行歸納和提煉，對(duì)各實(shí)際工程的特性進(jìn)行總結(jié)和比較，得到關(guān)于該體系在靜力特性、穩(wěn)定性能、結(jié)構(gòu)安全度等方面的一些有益結(jié)論。為雜交張拉結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際中的應(yīng)用，如體系選型、方案分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工程設(shè)計(jì)等方面提供一

4、定的參考。 本文第一章為緒論部分。首先從力學(xué)性態(tài)角度對(duì)空間結(jié)構(gòu)的幾大主要類型進(jìn)行了重新歸納整理，闡述了其受力特性。重點(diǎn)介紹了其中的雜交張拉結(jié)構(gòu)體系，對(duì)其進(jìn)行分類并重點(diǎn)闡述了其中張弦結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)和研究現(xiàn)狀；隨后，對(duì)張弦結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀、研究重點(diǎn)及當(dāng)前研究中的不足之處進(jìn)行了闡述。最后，介紹了若干運(yùn)用張弦結(jié)構(gòu)體系的工程背景及本文的主要工作。 本文第二章主要介紹了非線性有限元的基本理論。 本文第三章結(jié)合同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研

5、究院近年來(lái)完成的張弦結(jié)構(gòu)典型工程案例——北大體育館和泉州體育館，對(duì)張弦結(jié)構(gòu)體系的靜力特性進(jìn)行了深入分析和探討。首先，闡述了結(jié)構(gòu)建模的若干要點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了構(gòu)件單元的選擇、單獨(dú)建模和整體建模、荷載施加、預(yù)應(yīng)力引入方法等重點(diǎn)問(wèn)題。其次，圍繞結(jié)構(gòu)分析方法進(jìn)行了討論，主要對(duì)線性分析和非線性分析、單獨(dú)建模分析和整體建模分析進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)張弦結(jié)構(gòu)的分析方法做了簡(jiǎn)要總結(jié)；隨后，通過(guò)詳細(xì)而全面的參數(shù)分析對(duì)張弦結(jié)構(gòu)的靜力性能進(jìn)行深入分析；最后，通過(guò)實(shí)際工

6、程案例，對(duì)張弦結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探討。 本文第四章對(duì)張弦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。通過(guò)線性屈曲分析、幾何非線性屈曲分析兩種方法對(duì)工程案例進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算：通過(guò)參數(shù)分析對(duì)張弦結(jié)構(gòu)在考慮幾何非線性情況下的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了探討；最后，對(duì)張弦結(jié)構(gòu)中的一個(gè)特殊問(wèn)題——撐桿穩(wěn)定性——進(jìn)行了分析和闡述。 本文第五章對(duì)張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性極限承載力分析。通過(guò)綜合考慮幾何非線性和材料非線性，運(yùn)用彈塑性極限承載力分析方法，對(duì)張弦結(jié)構(gòu)塑性發(fā)