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弦支穹顶结构的稳定性能研究及工程应用

陈小培  
【摘要】: 弦支穹顶结构是基于单层球面网壳和张拉整体结构的一种新型的混合空间结构体系,它有效地改善了上部网壳结构的稳定性能,提高了结构整体刚度,同时又降低了施工难度,因此应用前景广阔。近几年,伴随着一些小型弦支穹顶结构成功设计,国内外学者对于弦支穹顶结构设计理念和施工技术等方面开展了一些研究工作,但对于弦支穹顶结构的稳定性能,特别是考虑双重非线性影响后的结构极限承载能力、对上部网壳稳定性能的改善程度,以及多参数变化对稳定性能的影响等方面,研究还不是很够系统和全面,缺乏较为系统的研究成果。因此,系统地开展弦支穹顶结构弹塑性稳定性能研究对于此类结构广泛应用是非常具有实用价值的。 基于以上思路,采用通用有限元分析软件ANSYS和ABAQUS,结合自编的前后处理程序,掌握了利用ANSYS和ABAQUS两种软件相结合进行弦支穹顶结构双重非线性分析的实用化方法,并通过大量的算例摸索,对程序中部分计算系数给出了便于分析收敛的经验性建议值。在此基础上,通过对弦支穹顶结构的典型算例进行弹塑性全过程分析,掌握了进行弦支穹顶结构双重非线性分析的流程,并将该结构和相同几何参数的单层球面网壳的稳定性能进行细致的对比分析,对于此类结构的弹塑性稳定性能有了初步的认识,,为后面系统的结构参数分析奠定分析思路与理论基础。 本文重点对40m和60m跨度的弦支穹顶结构展开了大规模的系统的参数分析,求得了弦支穹顶结构的极限荷载和失稳模态,系统的考察了矢跨比、撑杆高度、索的初始预应力、环索布置方式、荷载的分布模式和初始几何缺陷等重要因素对结构稳定性能的影响。通过大量的参数分析,较为全面的掌握了弦支穹顶结构的稳定性能,得到的一些定量、定性化的分析结果,可以为工程设计人员提供有效的设计依据。 本文还采用弦支网壳结构形式,对营口市奥体中心比赛馆屋盖的进行了常规结构设计,重点进行了结构方案形式的合理化对比分析以及部分几何构造参数的选取,提出了一些适用于此类工程的关键性节点形式,为此类结构的工程设计和实践提供一些有价值的设计建议。


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