大型體育場膜結構挑篷的結構分析、設計理論與工程實踐.pdf

1、作為一種新型的建筑結構體系,膜結構已經(jīng)得到了世界范圍內(nèi)廣大建筑師、結構工程師及業(yè)主的認可.目前,在全球范圍內(nèi)膜結構無論在工程界還是在科研領域均處于熱潮中,中國更是處于膜結構建筑增長的最前沿.但與世界先進水平相比,國內(nèi)在膜結構領域的研究水平不高,許多方面的研究工作還處于起步階段.該文主要開展了如下幾方面的工作:根據(jù)非線性大位移理論,推導了膜單元的非線性剛度矩陣,建立了膜結構的非線性有限元的基本方程.采用非線性有限元方法建立了膜結構的初始形

2、態(tài)設計的理論和方法,很好地解決了這一膜結構設計中的關鍵問題,使準確地進行下一步的結構靜、動力性能分析成為可能.對于索膜結構的初始形態(tài)設計,索、膜的張力比是初始形態(tài)設計結果能否令人滿意的決定性因素;典型膜面的靜力性能參數(shù)分析表明:增加預張力并不能顯著地提高膜面的剛度,但可以有效地控制膜面褶皺的出現(xiàn);增加膜面曲率不但可以顯著地提高膜面的剛度,還可以推遲褶皺的出現(xiàn);荷載的方向性對膜面的力學性態(tài)影響較大,這一特性在膜結構的荷載效應分析時應引起注

3、意.在模擬大氣邊界層的風洞中,對某大型體育場膜結構挑篷進行了風洞測壓試驗,系統(tǒng)地研究了膜面上的平均風荷載和脈動風荷載特性.試驗結果表明,負壓風荷載是膜結構挑篷設計的控制荷載;挑篷膜面的平均風壓和均方根風壓隨風向角的變化規(guī)律相似;當前緣處于迎風位置時,前緣膜面壓力數(shù)值較大,后緣和中部膜面的壓力數(shù)值較小;當后緣處于迎風位置時,后緣膜面的壓力數(shù)值較大,前緣和中部膜面的壓力數(shù)值較小.采用某大型體育場膜結構挑篷的風洞試驗數(shù)據(jù)對其進行了靜力風荷載效

4、應分析,系統(tǒng)地研究了膜面的初始預張力、抗風索的截面積、抗風索的預張力、拱距以及拱的矢跨比對膜面抗風性能的影響.通過計算分析表明,設置抗風索是提高膜結構抗風性能的有效措施;在膜面初始預張力保持不變的前提下,對抗風索施加預張力并不能改善膜面的抗風性能;增加拱的矢跨比可以有效地提高膜面抗風性能.在了解膜結構動力特性的基礎上,建立了膜結構非線性風振響應的時程分析法.然后直接應用某大型體育場剛性模型風洞試驗測量所得到的風壓時程數(shù)據(jù),對該體育場挑篷