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《浙江大学》 2007年
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索穹顶结构性能研究与体系改良

李志强  
【摘要】: 索穹顶结构是一种由预应力提供刚度的空间结构,其设计思想来源于美国著名建筑大师Fuller的张拉整体概念。由于索穹顶结构必须支撑在刚度较大的环梁上,严格的说并不是自支撑体系,因此只能算是一种类张拉整体结构。索穹顶最早的工程应用是1988年的韩国首尔奥运会体操馆与击剑馆,此后其轻盈的建筑造型和优异的结构性能使得这种崭新的体系大放异彩。 索穹顶结构是大跨空间结构的新成员。本文首先在绪论部分简要介绍了空间结构的发展历程,重点阐述了张拉整体结构等柔性结构的发展和现状,并给出了本文的主要研究内容。 索穹顶结构由索和杆组成,属于索杆体系。因此索杆体系的一些基础理论和分析方法适用于这种结构,如结构体系找形分析、几何稳定性判定、预应力分布求解、荷载性能分析等。同时索穹顶结构又具有特殊性,高度的对称性使得其预应力分布与几何稳定性判定可以在基于整体可行预应力概念的基础上有着较为简单的处理方法。 索穹项结构具有高度的几何非线性,其荷载分析必须采用非线性有限单元法。本文以肋环型索穹顶为例,利用通用有限元分析软件Ansys对索穹项结构进行了几何非线性荷载分析,考察了索穹顶结构在半跨与全跨均布荷载作用下的荷载性能。并以索的松弛作为结构达到极限状态的判据,对索穹顶的极限承载能力进行了参数分析,得到了一些结论。 初始缺陷与制造误差是结构建造过程中所不可避免的,索穹顶结构的缺陷敏感性分析是结构设计分析的重要内容。本文从支座几何误差、索长误差、支座刚度误差等三方面全面考虑制作安装过程中的可能缺陷对结构静力性能的影响,并以此衡量索穹顶结构的缺陷敏感性。由于缺陷产生的随机性及其大小的不确定性,本文主要应用概率统计学的方法模拟支座几何误差与索长误差,采用弹性支座替代理想固支以考虑支座刚度的变化。 肋环形索穹顶由于脊索呈辐射状布置,设计施工都较方便。但其平面外刚度较差,且在荷载作用下,内圈索容易松弛退出工作。为了改善肋环型索穹顶的结构性能,本文提出了两种体系改良方案。其中方案一为部分柔索更换为劲性索,方案二为局部增加构造索。对改良后结构进行了静力分析、动力模态分析与地震反应计算,研究结果表明上述两种体系改良方案能部分改善肋环形索穹顶结构的静动力性能。 论文最后总结了全文的基本结论,并对未来可能进行的研究作出了展望。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU399

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