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《浙江大学》 2006年
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矩形平面索穹顶结构的理论分析与试验研究

郑君华  
【摘要】:索穹顶结构除少数几根杆件受压外,其余杆件都处于张力状态,所以充分发挥了钢索的高强特性,且索穹顶结构一般以膜材作为覆盖材料,具有自重轻、跨度大及建筑造型自由丰富等特点。故这种结构同时集新材料、新技术、新工艺和高效率于一体,被认为是代表当今国际空间结构发展最高水平的结构形式。目前国际上有实际工程应用的索穹顶结构有Geiger型和Levy型两种,但现有对Geiger型索穹顶结构的研究都集中于圆形平面的结构形式上,关于矩形平面的索穹顶结构并未见有文献描述。本文对矩形平面Geiger型索穹顶结构的可行预应力分布、机构位移求解、施工张拉成形方法、结构的静动力性能、索杆膜的协同分析及其结构模型试验等内容进行了系统的研究。 本文第一章在查阅大量国内外相关文献的基础上,简单回顾了索穹顶结构的发展历史、工程应用及研究现状,并确定了本文的主要研究内容。 第二章推导了基于悬链线解析解的索单元变形协调方程式,并编制了相应计算程序对索穹顶结构精确的预应力分布进行求解,结构分析时压杆采用两节点直线杆单元,索采用悬链线索单元;考虑到索穹顶结构属于动不定结构体系,文中还对动不定体系的求解过程进行了详细的推导,同时采用建立在大变形基础上的变形协调方程来求解结构体系的有限机构位移。 考虑矩形平面Geiger型索穹顶结构对称性和预应力分布的可行性之后,矩形平面Geiger型索穹顶结构通常只有一个自应力模态,对于一个自应力模态的结构体系,可以建立其预应力分布的简捷显式计算公式,本文第三章推导了矩形平面Geiger型索穹顶结构预应力分布的计算公式。 索穹顶结构的施工方法研究一直是该类结构体系研究的重点和难点之一,本文第四章对圆形平面和矩形平面Geiger型索穹顶结构的多种施工张拉方法进行了详细探讨和研究,并对索穹顶结构的施工过程进行跟踪和模拟,从而提出了一次张拉索穹顶结构外圈斜索、环索或其它杆件的施工成形方法。 第五章对矩形平面Geiger型索穹顶结构索杆部分在满跨荷载、半跨荷载作用下的受力进行了分析研究,考察了结构预应力改变对结构受力性能的影响,并将其静力特性与圆形平面轴对称Geiger型索穹顶结构进行对比分析,最后对索穹顶结构的动力特性进行了简单计算。 第六章对矩形平面Geiger型索穹顶结构进行了索杆膜协同分析,并提出了索穹顶结构索杆膜找形的逐次逼近法;其次在找形后的平衡态施加荷载,考虑索杆膜结构体系在满跨、半跨荷载作用下的力学性能。 第七章设计并加工了一矩形平面(4.7m×3.4m)Geiger型索穹顶结构,并对该模型进行了试验研究,研究内容包括预应力的施加、多种荷载工况的加载试验、自振频率的测试及多种施工成形方案的验证等。 论文最后对本文研究内容及成果进行总结,并指出了今后的研究方向。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TU399

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【共引文献】
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7 王春江;钱若军;王人鹏;杨联萍;;矩阵分解在张力集成体系模态分析中的应用[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2000年
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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1 詹伟东;董石麟;杨华兴;沈宾;;葵花型索穹顶结构的一种施工方法及其试验验证[A];首届全国钢结构施工技术交流会论文集[C];2006年
2 周富生;马忠忠;;浅析索穹顶结构体系[A];土木建筑学术文库(第15卷)[C];2011年
3 汤荣伟;赵宪忠;沈祖炎;;基于模拟退火的索穹顶结构形体优化方法[A];第十一届空间结构学术会议论文集[C];2005年
4 王洪军;刘锡良;梁子彪;;索穹顶结构静力性能分析[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
5 李绂;董聪;;索穹顶结构分析研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2003年
6 宋慧敏;惠颖;;动力松弛法在索穹顶形态确定中的应用[A];钢结构工程研究(七)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2008年学术交流会论文集[C];2008年
7 张建华;张毅刚;曹喜;;索穹顶结构不均匀预应力水平的评价方法[A];第六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2006年
8 王洪军;刘锡良;张其林;;索穹顶结构施工过程跟踪[A];第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2003年
9 张毅刚;张建华;;索穹顶结构施工全过程的仿真模拟[A];第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C];2006年
10 张毅刚;张建华;;索穹顶结构施工全过程的仿真模拟[A];计算机技术在工程建设中的应用——第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 张俊德;试验,为明天奠基[N];张掖日报;2011年
2 苏菡玲;南阳人影试验研究见成效[N];中国气象报;2003年
3 记者 桑学勇 通讯员 陈海伦;提升低温条件下设备试验研究能力[N];国家电网报;2011年
4 中国工程院院士、浙江大学教授 董石麟 邢栋 赵阳;现代大跨空间结构在中国的应用与发展[N];中国建设报;2011年
5 记者 周瑞;我州藏羊改良项目通过专家鉴定[N];甘南日报(汉文版);2005年
6 ;俄人工影响云雾试验研究扫描[N];中国气象报;2003年
7 本报记者 ;《马铃薯种植收获机械试验研究》通过验收[N];甘孜日报(汉文);2006年
8 苏东有;天水电器工业联合会召开3C认证宣贯会[N];天水日报;2006年
9 席璐瑶 孙现富;把科技汇入心田[N];科技日报;2002年
10 记者 高鹏;50载火样年华谱写人进沙退传奇[N];宁夏日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑君华;矩形平面索穹顶结构的理论分析与试验研究[D];浙江大学;2006年
2 詹伟东;葵花型索穹顶结构的理论分析和试验研究[D];浙江大学;2004年
3 张建华;索穹顶结构施工成形理论及试验研究[D];北京工业大学;2008年
4 王振华;索穹顶与单层网壳组合的新型空间结构理论分析与试验研究[D];浙江大学;2009年
5 孙旭峰;索穹顶结构耦合风振研究[D];浙江大学;2008年
6 周家伟;具有外环桁架的索穹顶结构的理论分析与试验研究[D];浙江大学;2009年
7 乔文涛;弦支结构体系研究[D];天津大学;2010年
8 赵海涛;基于问题的校长培训模式研究[D];华东师范大学;2005年
9 张荣光;常压循环流化床煤气化试验与模型研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2005年
10 蔡勇;灌区新型量水槽结构形式优化及测流计算方法研究[D];河海大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张勤;索穹顶结构几何拓扑布置的合理性[D];上海交通大学;2012年
2 齐宗林;新型索穹顶结构动静力性能研究[D];北京工业大学;2012年
3 禹玉祥;索穹顶结构的初始预应力分析和极限承载力研究[D];南京理工大学;2012年
4 张晓燕;索穹顶结构的静动力性能研究[D];清华大学;2004年
5 徐牧;索穹顶结构风振响应研究[D];华南理工大学;2011年
6 赵文争;基于响应面法索穹顶结构的可靠度研究[D];浙江大学;2011年
7 许国杰;葵花型逐层双环索穹顶结构局部构件失效时力学性能研究[D];浙江大学;2011年
8 郑君华;索穹顶结构的理论分析与设计计算[D];昆明理工大学;2003年
9 余巧萍;索穹顶结构形态确定的研究[D];南京理工大学;2009年
10 张俊伟;住宅单元矩形平面适应性研究[D];郑州大学;2004年
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