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葵花型逐层双环索穹顶结构局部构件失效时力学性能研究

许国杰  
【摘要】:葵花型逐层双环索穹顶体系及其逐层施工方法是针对葵花型传统索穹顶施工方法繁杂且对局部构件失效容忍能力较差而提出的新型结构体系。为证明该新型结构体系在施工和维修安全性方面的优势,本文对局部构件失效的葵花型逐层双环索穹顶结构静力性能、稳定性能、动力性能等进行深入研究。 利用瞬态动力方法及生死单元法,对设计荷载作用下的葵花型逐层双环索穹顶和葵花型传统索穹顶局部构件失效时的力学状态进行了对比分析。得到了单根脊索失效、多根脊索失效、单根斜索失效和多根斜索失效等4种工况下葵花型传统索穹顶和葵花型逐层双环索穹顶内力重分布规律、位移形态及其异同点,证明了局部构件失效时新型索穹顶力学状态优于传统索穹顶且上环索是这一优势存在的关键因素。 利用非线性有限元理论及其弧长法对局部构件失效的结构随荷载增长过程中的力学性能变化进行对比,并进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。分析得到两种结构静力性能随荷载增大的变化规律,并得到了局部构件失效时葵花型逐层双环索穹顶结构的特征值屈曲模态和非线性屈曲规律。 对局部构件失效时的葵花型逐层双环索穹顶动力特性和地震分析进行了对比分析,得出结构在局部构件失效前后的结构刚度、自振频率和自振模态变化。利用瞬态动力分析方法对结构进行动力时程分析,得出局部构件失效的结构与完整结构动力荷载响应异同。研究结果表明,新型结构局部构件失效时动力性能优于传统索穹顶体系。


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