新型環(huán)箍-穹頂索桿結(jié)構(gòu)形態(tài)分析及抗倒塌性能研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，索桿結(jié)構(gòu)作為一種新興的結(jié)構(gòu)形式不斷被應(yīng)用到工程實踐中，索穹頂是其中最具代表性的一類結(jié)構(gòu)形式。然而，索穹頂本身并非自平衡結(jié)構(gòu)，需要周邊剛性環(huán)梁的支承。本文利用張拉整體結(jié)構(gòu)自平衡的特點，提出了一種環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)，并用之代替索穹頂?shù)膭傂原h(huán)梁，繼而開發(fā)出了一種全張力、自平衡的新型索桿結(jié)構(gòu)體系——環(huán)箍-穹頂索桿結(jié)構(gòu)。利用有限元軟件及自編向量式有限元程序?qū)Υ诵滦徒Y(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進行系統(tǒng)研究，得出了一些有用的結(jié)論。
　　通過變換

2、經(jīng)典半八面體張拉整體單元的幾何構(gòu)型提出一種半規(guī)則張拉整體單元，并基于平衡矩陣理論對其進行自平衡構(gòu)型的找形分析，給出了幾何變換后的設(shè)計公式，并利用單元自應(yīng)力模態(tài)和機構(gòu)位移模態(tài)驗證了單元的幾何穩(wěn)定性。對此單元進行環(huán)向拼裝，組合出了環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)并給出其整體可行預(yù)應(yīng)力。在環(huán)形張拉整體中部引入葵花形索穹頂，進一步開發(fā)出了全張力、自平衡的環(huán)箍-穹頂索桿結(jié)構(gòu)。組合不同的環(huán)形張拉整體及索穹頂，構(gòu)建出不同類型的環(huán)箍-穹頂索桿結(jié)構(gòu)，提出了相應(yīng)的共用索連

3、接方式。為驗證該體系的可行性，制作了不同的實物模型。
　　基于向量式有限元程序?qū)π滦铜h(huán)箍-穹頂索桿結(jié)構(gòu)的靜動力性能進行研究。分別對初始態(tài)至成形態(tài)、成形態(tài)至荷載態(tài)的受力狀態(tài)進行研究，找出了成形過程中的關(guān)鍵構(gòu)件，明確了豎向荷載下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的傳遞路徑。對矢跨比、構(gòu)件截面、預(yù)應(yīng)力、外側(cè)脊索角度等參數(shù)進行研究，探索“環(huán)箍”剛度的變化對索穹頂?shù)挠绊?，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出一些有用的建議。利用有限元軟件ANSYS研究了結(jié)構(gòu)的自振特性。
　　利用向

4、量式有限元方法在分析大變形、大位移等幾何非線性問題中的優(yōu)勢，將其引入到新型環(huán)箍-穹頂索桿結(jié)構(gòu)的抗倒塌分析中。將結(jié)構(gòu)構(gòu)件分成環(huán)形張拉整體部位、過渡連接部位、內(nèi)部索穹頂部位三類，依據(jù)構(gòu)件破斷后結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況，總結(jié)出四種破壞模式?；跇?gòu)件破斷對結(jié)構(gòu)的影響，分別對環(huán)形張拉整體上的構(gòu)件及索穹頂上的構(gòu)件進行分類，影響由弱及強分別為H-Ⅰ、H-Ⅱ、H-Ⅲ、H-Ⅵ及S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ。
　　分別在多遇地震及罕遇地震作用下，對新型環(huán)箍-穹頂索桿