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《哈尔滨工业大学》 2009年
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气撑式张弦结构基本力学性能研究

张雄迪  
【摘要】: 气撑式张弦结构(Tensairity)是由一种低内压充气囊、下弦柔性索、上弦刚性杆件所组成的轻型混合结构体系。气撑式张弦结构体系构造简单、受力明确、充分利用充气内气压对结构施加预张力,并且为上弦刚性构件提供连续的平面内支撑,从而降低了上弦构件的平面内计算长度,提高了上弦构件的稳定承载力,同时避免了撑杆的稳定问题,发挥了刚性、柔性以及空气等材料的优势,是一种自支撑、自平衡的结构体系,并且制造、运输、施工简捷方便,具有良好的应用前景。 本文将应用大型有限元软件ANSYS构建了纺锤形气撑式张弦结构的精细化有限元模型,实现了结构从零态到初始态再到荷载态的全过程仿真模拟。重点研究了5m跨度的纺锤形气撑式张弦结构在跨中集中力、全跨均布力、半跨均布力作用下的结构变形、内力分布情况等基本静力性能,获得了结构各组成构件的最不利控制截面以及结构的极限承载能力和极限状态。同时分别对15m、25m、35m和50m跨度的纺锤形气撑式张弦结构展开了大规模的系统化参数分析。通过对结构跨径比、充气内压、下弦索截面和上弦截面等结构参数的研究,总结了结构参数变化对结构静力性能的影响规律。主要包括结构最大变形、上弦构件最大轴力、上弦构件最大弯矩、上弦构件的最大应力和下弦最大应力等方面的具体研究。给出了对于不同结构参数的合理的建议取值范围,希望为今后更多的工程设计和实践提供有价值的参考。 为掌握气撑式张弦结构的设计、加工工艺,并为数值分析提供对比依据,针对2.5m跨度的纺锤形气撑式张弦结构开展了模型试验。为保证试验结果的准确性,在试验之前,对模型相似比,关键节点设计、相关测量方案和总体试验方案等问题均进行了详细探讨。通过对试验结果的分析,并和数值计算结果分析对比,发现试验结果和数值结果基本上能吻合,表明本模型设计和节点构造是合理有效的,数值计算方法是正确可行的。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TH21

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