肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的理論分析與試驗研究.pdf

1、本文提出了一種新型的肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)，突破了現(xiàn)有索穹頂結(jié)構(gòu)基于傳統(tǒng)張拉整體理論的構(gòu)形方式，用一組對稱相交的人字形撐桿替代單根豎向撐桿，使得撐桿的水平投影構(gòu)成一組環(huán)線。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)形使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和在不對稱復(fù)雜荷載作用下的穩(wěn)定性顯著增強。且結(jié)構(gòu)形成的環(huán)向折線形屋面在鋪設(shè)膜材時，不需再設(shè)置穩(wěn)定谷索，這不僅簡化了施工，同時也豐富了索穹頂屋蓋結(jié)構(gòu)的外形。針對這種新型索穹頂結(jié)構(gòu)，本文分別從理論和試驗兩個方面，對其靜動力特性進行了系統(tǒng)的研究。在

2、運用向量式有限元方法的基礎(chǔ)上，對索穹頂結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析、張拉成形全過程分析和索桿失效分析等方面的理論和計算方法進行了發(fā)展和改進。
　　第1章介紹了空間結(jié)構(gòu)的分類、形式及其發(fā)展歷程。對索穹頂結(jié)構(gòu)的起源，結(jié)構(gòu)特性，分析理論發(fā)展狀況和實際工程應(yīng)用情況進行了總結(jié)。系統(tǒng)闡述了本文的研究背景，明確了論文的研究目標和研究內(nèi)容。
　　第2章分別采用節(jié)點平衡方程和平衡矩陣理論，對肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的整體可行預(yù)應(yīng)力模態(tài)進行了計算，確定了結(jié)構(gòu)的整體

3、可行預(yù)應(yīng)力模態(tài)計算方法。并就結(jié)構(gòu)不同幾何參數(shù)變化情況下，其整體可行預(yù)應(yīng)力模態(tài)的變化情況進行了計算分析。
　　第3章對比和分析了肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)與Geiger型、Levy型索穹頂結(jié)構(gòu)，在均布滿跨荷載、均布半跨荷載和均布水平荷載分別作用下的結(jié)構(gòu)靜力受力性能。對肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型，以及不同幾何、受力狀態(tài)參數(shù)對結(jié)構(gòu)自振頻率、振型的影響進行了計算分析。最后，對結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的動力響應(yīng)進行了計算。
　　第4章

4、對索穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進行了研究，采用小生境遺傳算法與向量式有限元方法相結(jié)合的優(yōu)化算法，對索穹頂結(jié)構(gòu)進行了以質(zhì)量最小、剛度最大和支座水平反力最小為三個目標函數(shù)，以預(yù)應(yīng)力水平為單優(yōu)化變量和以預(yù)應(yīng)力水平與結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)相結(jié)合為多優(yōu)化變量的不同目標函數(shù)加權(quán)系數(shù)下的優(yōu)化分析計算。并通過分析優(yōu)化計算的結(jié)果，總結(jié)了各優(yōu)化變量對于目標函數(shù)及適應(yīng)度值的影響規(guī)律。
　　第5章對索穹頂結(jié)構(gòu)局部索桿破斷失效致結(jié)構(gòu)的靜動力響應(yīng)進行了計算分析。首先分析了隨著

5、荷載增大，內(nèi)圈脊索松弛對結(jié)構(gòu)受力性能的影響;然后研究了單個索桿破斷后結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)及結(jié)構(gòu)最終位形和受力狀態(tài)，并以此對結(jié)構(gòu)索桿的重要性進行了劃分;之后研究了考慮材料非線性情況下，單根索桿致三種索穹頂結(jié)構(gòu)的連續(xù)破斷現(xiàn)象，對比了三種結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和破壞模式;最后分析對比了不同計算參數(shù)及結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)變化情況下，局部破壞造成的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。
　　第6章對肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的張拉成形全過程進行了模擬分析。提出完全零狀態(tài)建模方法，首先分析了四

6、種不同張拉方案的結(jié)構(gòu)成形過程中內(nèi)力和節(jié)點位移變化情況，并對不同張拉方案的特點進行了總結(jié);之后根據(jù)提出的驅(qū)動索單元法，分析計算了考慮環(huán)索滑移情況下，結(jié)構(gòu)分步分批張拉時各索桿內(nèi)力和節(jié)點位移變化，以及環(huán)索滑移對結(jié)構(gòu)最終成形狀態(tài)的影響。
　　第7章設(shè)計了一10m跨度的肋環(huán)人字型索穹頂結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)Ｐ?，分別進行了結(jié)構(gòu)在不同張拉方案下的張拉成形全過程模擬試驗，全跨、半跨荷載作用下的靜力加載試驗和單索失效后結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)試驗。對試驗實測值和理論計算