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大跨度钢屋盖整体模型试验研究

唐伟伟  
【摘要】:大跨拱支网壳结构是在综合了网壳(网架)及拱结构优点的基础之上,构思出来的一种新型杂交空间结构形式。它充分利用某种类型结构的长处来抵消另一种与之组合的结构的短处,使得每一种单一类型的空间结构形式及其材料均能发挥最大的潜力,从而改善整个结构的受力性能,进一步增大结构覆盖跨度,同时丰富了大跨空间结构的造型。 本文以南京奥林匹克体育中心主体育场1/20整体钢屋盖模型为研究对象,从多个方面去研究斜交拱支网壳结构整体协同工作性能。在总结分析模型试验结果的基础上,主要在几个方面进行了研究。 1.介绍缩尺模型、加载装置的设计以及静力加载试验的整个过程。静力加载试验结果表明:在设计荷载作用下,结构反应基本为线性行为。理论分析计算结果与试验结果的比较验证了所采用的结构静力分析模型是适用的。 2.本次静载试验用千斤顶重复加载是十分成功的,这种加载方式既可以控制加载力的大小,又可以在保持加载力不变的条件下控制加载位移的大小,还能在结构弹性范围内对模型进行重复加载,这使得研究模型稳定性能成为可能。 3.在模型试验的基础上,探讨非线性对结构分析计算的影响,研究结构的非线性静力性能。线性与非线性分析结果的对比表明,在设计荷载工况下,结构的内力及变形受结构的几何非线性影响较小,且杆件的最大应力仍处于弹性范围内,不受材料非线性的影响。但随着荷载的增加,结构表现的非线性越来越明显,进行结构的极限承载力计算时应同时考虑几何非线性和材料非线性。 4.详细分析讨论了屋面支座约束形式、连接吊杆截面尺寸和主拱刚度等参数对整体结构的位移和杆件应力等力学性能的影响。 5.采用时程分析法分析了该组合结构在多遇地震作用下的弹性地震响应和在罕遇地震作用下的弹塑性位移响应。结果表明,斜向放置的拱结构在地震作用下水平X向和竖向均会产生较大位移,这与静力分析结果是一致的,所以在抗震设计时宜对两个方向都进行变形验算。进行罕遇地震作用分析应充分考虑结构材料的非线性性能。 6.对模型进行了线性的屈曲分析和非线性整体稳定分析,并与试验结果进行比较。结果表明,进行极限状态的屈曲分析时,考虑下部混凝土结构刚度的影响是非常有必要的。分析试验过程中出现的局部失稳与最终破坏形态之间的区别,得出了决定模型破坏形态的关键因素。


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