索穹顶结构的初始预应力分析和极限承载力研究

【摘要】：索穹顶是一种结构效率极高的新型张拉整体结构,该结构充分利用了钢索的抗拉强度,再加上新颖的造型、经济的造价、巧妙的构思,一经问世便在国内外引起了广泛关注。有关索穹顶结构的理论研究如形态分析、静动力特性分析、施工成形技术等也广泛开展,但一般以索的松弛和破断作为结构失效的判断标准,有关该类结构部分索松弛或破断后的受力性能却研究较少。本文从找力分析、极限承载力方面对该结构体系进行了较为深入的研究。 寻找索穹顶结构在给定几何形态下的初始预应力是该体系的基础问题。本文采用ANSYS软件中的APDL语言编程进行迭代找力。该方法的建模过程方便快捷且可视化强,计算简单、迭代次数少且精度高,能够满足各种索穹顶的找力要求。 鸟巢型索穹顶结构在部分索杆退出工作后的受力性能尚未见相关文献发表。本文应用非线性有限元分析和比较了不跳格布置鸟巢型索穹顶结构和跳格布置鸟巢型索穹顶结构在内圈脊索松弛和单根索杆破断后的承载性能,排列了各种索杆的重要性,并给出了判断结构破坏的方法。 现有的研究认为Geiger型索穹顶结构中任意一根索的破断都将导致整个结构的破坏。而本文通过非线性有限元分析得出的结论却与其不完全相同。本文对Geiger型索穹顶结构在满跨和半跨荷载作用下部分索松弛以及单根索杆破断后的静力性能进行分析,得出了其极限承载状态下的受力性能。 论文最后对上述研究成果进行总结,并提出了以后待解决的若干其他关键问题。