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弦支穹顶结构预应力的设定及温度改变对结构影响的研究

李小利  
【摘要】:弦支穹顶结构是由川口卫等学者将张拉整体、索穹顶等柔性结构和单层球面网壳相结合而形成的一种新型的空间杂交结构体系。弦支结构作为预应力钢结构的一种,正常使用阶段拉索必须保持一定的预应力水平,其预应力的大小和分布对结构的静力、动力以及稳定性能都有很大的影响,寻找一种求解拉索预应力的简捷方法是项紧迫的任务。同时,温度改变会在结构中引起很大的内力和变形,进而将对结构力学性能产生显著的影响,但对于大跨度弦支穹顶结构这方面的研究还很匮乏。 本文以一大跨弦支穹顶结构为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS进行仿真分析,详细地阐述了预应力的设定。为了保持结构工作阶段的预应力水平,考虑温度变化的影响,对使用阶段弦支穹顶结构的温度效应进行了充分的研究。然后从温度变化这个角度出发,系统地研究了温度改变对弦支穹顶结构的静力性能、特征值屈曲、材料非线性屈曲、双非线性屈曲稳定性能的影响。通过分析研究得出如下结论: 1.刚性索法和改进的张力补偿法相结合求解拉索预应力值,特别适合于大跨度间隔布索的弦支穹顶结构; 2.经过严谨地分析对比得出了使用刚性所法求解预应力的详细步骤及每步使用的方法;采用刚性索法设置预应力时,考虑到内圈拉索预应力值比较小,可采用局部加大节点荷载的方法对拉索预应力进行局部调整; 3.在温度变化的影响下,弦支穹顶结构的非线性性能不明显,但随着温度升高,使用阶段下弦支穹顶结构会发生预应力损失; 4.是否考虑材料弹塑性对结构稳定承载力影响较大,尤其当温度升高到较高时,是否考虑材料弹塑性对结构稳定承载力的影响更加突出; 5.带有不同程度初始几何缺陷的弦支穹顶结构随着温度升高,当缺陷程度较大时承载力下降,当缺陷程度较低时承载力提高等结论。 最后总结本文的研究成果,提出了今后弦支穹顶结构有待进一步研究的相关问题并进行了展望。


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