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《浙江大学》 2008年
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弦支穹顶结构的理论分析与试验研究

郭佳民  
【摘要】: 弦支穹顶结构是由上部单层网壳和下部索杆弦支系统组成的大跨预应力杂交结构,其整体稳定性能较好、施工难度相对较小,具有非常广阔的应用前景。为了进一步推动该类结构在实际工程中的应用,本文对弦支穹顶的形式与分类、形态分析、静动力性能、稳定性能、施工成型以及模型试验等内容进行了系统的研究。 首先,对现有结构的形式进行了总结,对结构下部索杆系统的布置进行了改进与创新,提出了16种具体的索杆布置形式。依据结构已知状态参数的不同,提出了该结构可能存在的3大类(共11种)形态分析问题,并研究了相应的迭代求解算法与计算流程,同时还探讨了属于结构形态分析范畴内的结构预应力设计与计算模型修正等问题,并指出在弦支穹顶结构的分析计算过程中必须进行找力分析。 本文对9种不同布索形式的弦支穹顶和相应单层网壳的静动力与稳定性能进行了分析对比。结果表明:下部索杆弦支系统对单层网壳结构的静力性能与稳定性能均有明显的改善作用,且可降低结构对支座径向约束刚度的敏感性;在索杆圈数不变的情况下,斜索的不同布置方式对结构静力性能与稳定性能的影响较小;下部索杆或部分索杆采用肋环型布置时,索杆部分会发生局部振动。该研究为索杆布置方式的选择提供了理论依据。 本文研究了初始几何缺陷的分布形式与大小对结构稳定性能的影响。建议在利用一致缺陷模态法对结构进行稳定性分析时,可采用结构的最低阶反对称屈曲模态作为初始几何缺陷的分布模态,缺陷的大小宜在1/500~1/300跨度之间取值。 当结构下部索杆在零状态时所需的虚拟内力确定后,各单元在初始态与零状态下的单元长度即可确定,本文依据这一原则提出了弦支穹顶结构的正向施工模拟计算法,应用这种方法可对结构的各种施工方案进行模拟计算。同时对施工过程中出现的撑杆倾斜、张拉摩擦力以及零状态下结构几何构形的选取等问题进行了详细的分析,并指出应首选斜索张拉成型。 最后,以一实际弦支穹顶工程为背景,制作了跨度为8m的缩尺模型,并进行了6种张拉成型方案的成型试验、3种荷载工况的静力性能试验以及两种情况下的自振特性测试。通过静动力性能试验验证了理论分析的准确性,得出了在设计时应以半跨荷载作为结构的控制荷载,且在施工中应避免过大的局部堆载情况发生的结论;张拉成型试验验证了利用本文提出的施工成型模拟法可对结构的施工过程进行准确的模拟,同时验证了结构在张拉过程中静力响应基本符合线性叠加原理的特性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU399

【引证文献】
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