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弦支穹顶结构新型索杆节点分析与试验研究

赵霄  
【摘要】: 为了解决弦支穹顶结构预应力施工中索杆节点处环索预应力损失较大的问题,本文提出了一种新型的索杆节点并进行了相应的理论分析与试验研究。在回顾和总结了已建成弦支穹顶结构中的索杆节点的优缺点的基础上,通过理论模拟计算和模型试验研究分析了常规节点处的摩擦对环索索力分布以及结构整体性能的影响。在此基础上,提出了引入滑动轴承概念的弦支穹顶结构新型索杆节点,从本质上改变了节点的受力特性,从而减小了摩擦损失。在对节点构造进行设计的过程中,以弹塑性理论为基础,运用大型有限元分析软件ANSYS10.0对节点在荷载作用下的应力分布和承载力进行了非线性有限元分析;同时对轴承装配部分进行了接触分析,得到了接触状态下节点内部各零件的受力状态和极限承载力,并根据分析结果不断优化节点构造。在理论分析的基础上,本文还对新型节点进行了缩尺模型试验,得到了试验荷载下节点中的应力状态以及索中预应力损失情况,并与有限元计算结果进行比较,结果表明二者吻合较好,从而也验证了有限元分析的正确性。试验结果表明,在试验极限荷载范围内,该节点可将预应力损失控制在3%以内,且节点不发生强度破坏或是过大的变形。若采用超张拉施工程序,且仅进行1~2次,可将预应力损失控制在1%以内,基本可消除摩擦损失的影响。通过分析研究认为,该新型节点构造合理,性能优良,具有实际工程应用前景。


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