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《西安建筑科技大学》 2012年
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新型后张拉整体成形球面网壳的后张拉方法及成形研究

贺程  
【摘要】:后张拉整体成形局部双层球面网壳结构是网壳安装技术与结构理念共同创新的一种新型空间结构体系。它的张拉原理是:利用单弦杆平板网架平面外抗弯刚度较低的特点,在下弦节点间合理布置内穿钢丝带预留缝隙的张拉下弦杆(指实际的下弦杆杆长短于节间长度,其长度差值即为预留缝隙值),然后通过张拉设备张拉钢丝,平板网架将随着预留缝隙的闭合逐步变形为空间曲面网壳结构。这种结构的拼装及张拉过程完全在地面进行,并且平面外腹杆的使用有效的阻止了网壳失稳的发生,成形后的结构有机结合了张拉预应力的作用,使结构具有更好的整体刚度和承载力,所以这种新型结构体系具有很好的发展前景,值得进一步深入研究。 本文根据前人研究成果,并结合后张拉整体结构的特点,在传统的K6型凯威特球面网壳的基础上,通过对比多种结构形式的优缺点,最终提出了一种合理的可用于张拉成形的新型单弦杆局部双层平板网架结构模型。同时采用非线性有限元程序ANSYS11.0进行模拟,对后张拉局部双层球面网壳的不同后张拉方法及成形部分进行了详细研究。主要内容及研究成果如下: 在后张拉方法的研究中,分别从后张拉成形的机构条件、成形形状的可预测性、后张拉力及成形初应力大小以及单、双层变形协调问题等方面入手,对比研究了多杆张拉与单杆张拉方法的特点。在有限元模拟成形的过程中考虑了几何非线性影响,并且利用负温度缩短杆长的方法模拟张拉过程。分析结果表明,两种方法均满足张拉机构条件,但只有多杆张拉具有成形形状的可预测性,并且它的后张拉力及成形初应力均较单杆张拉小,单、双层的变形协调也相对较好,因此多杆张拉方法是一种较为合理的后张拉方法。 对于成形部分的研究,首先从多个角度分析了平板网架几何厚度H对成形的影响,其次分别研究了不同有限元模型、考虑重力及弹塑性以及不同节点连接方式对成形的影响,最终得到最合理的张拉模型。在有限元模拟中考虑了几何与材料的双非线性影响。结果表明:对于本文所提出的新型平板网架模型而言,在研究后张拉整体结构的成形形状参数时可不考虑自重与材料非线性的影响,只考虑几何非线性即可;而在研究成形的后张拉力及初应力时,应根据实际情况,在模型中同时考虑自重影响以及几何、材料的双非线性影响。 最后,对于本文的研究工作及得到的结论进行总结,并提出了今后研究工作的方向及展望。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU399

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