新型弦支穹頂結構分析與設計

目錄
前言
第1章 弦支穹頂結構發(fā)展與應用 1
1.1 張弦結構概念與分類 1
1.1.1 平面張弦結構 1
1.1.2 可分解型空間張弦結構 2
1.1.3 不可分解型空間張弦結構 2
1.2 弦支穹頂結構概念與應用 3
1.2.1 弦支穹頂結構的概念 4
1.2.2 弦支穹頂結構的工程應用 4
1.3 索材類型與特點 15
1.3.1 索體的基本材料 16
1.3.2 拉索的基本索體 17
1.3.3 拉索的種類與應用 22
第2章 弦支穹頂結構選型與設計 25
2.1 弦支穹頂結構選型 25
2.1.1 上部網(wǎng)殼選型 25
2.1.2 索桿體系選型 28
2.1.3 支承體系選型 29
2.2 弦支穹頂結構設計 30
2.2.1 荷載與作用 30
2.2.2 弦支穹頂結構設計要點 33
2.2.3 分析與設計軟件 33
2.2.4 結構性能評價指標 36
2.2.5 多專業(yè)協(xié)同設計 36
第3章 滾動式撐桿下節(jié)點弦支穹頂結構分析與設計 37
3.1 滾動式撐桿下節(jié)點 37
3.1.1 弦支穹頂結構預應力施加方法 37
3.1.2 弦支穹頂結構撐桿下節(jié)點形式 38
3.1.3 滾動式撐桿下節(jié)點構造設計 41
3.2 連續(xù)索單元數(shù)值模擬方法 46
3.2.1 基于虛擬溫度的索滑移數(shù)值模擬理論 46
3.2.2 基于單元剛度矩陣的閉合多滑輪滑移索單元 56
3.3 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構設計 62
3.3.1 弦支穹頂結構設計 62
3.3.2 弦支穹頂結構節(jié)點設計 65
3.4 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構靜力性能 67
3.4.1 不考慮滑移摩擦力影響 67
3.4.2 考慮滑移摩擦力影響 69
3.5 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構穩(wěn)定性能 70
3.5.1 有限元模型的建立 71
3.5.2 穩(wěn)定分析工況 71
3.5.3 穩(wěn)定性能分析 72
第4章 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構模型試驗 77
4.1 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構模型設計 77
4.1.1 支承結構設計 77
4.1.2 弦支穹頂縮尺模型設計 77
4.1.3 材性試驗 80
4.2 滾動式索節(jié)點摩擦性能試驗 81
4.2.1 試驗節(jié)點及試驗方案 81
4.2.2 試驗現(xiàn)象及試驗結果 84
4.2.3 試驗結論 87
4.3 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構預應力張拉試驗 87
4.3.1 預應力張拉試驗方案 88
4.3.2 張拉點布置對預應力張拉的影響 89
4.3.3 溫度變化對弦支穹頂結構預應力張拉的影響試驗 93
4.3.4 預應力張拉控制值溫度修正方法驗證 94
4.3.5 超張拉施工措施有效性驗證 96
4.4 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構基本動力特性試驗 96
4.4.1 測試方法 96
4.4.2 試驗儀器 97
4.4.3 單層網(wǎng)殼結構自振頻率測試 97
4.4.4 弦支穹頂結構自振頻率測試 99
4.4.5 單層網(wǎng)殼結構與弦支穹頂結構頻率測試結果對比 101
4.5 弦支穹頂上部單層網(wǎng)殼結構靜力試驗 101
4.5.1 試驗加載 101
4.5.2 試驗測量 102
4.5.3 試驗結果 106
4.6 滾動式索節(jié)點弦支穹頂結構靜力試驗 112
4.6.1 試驗模型 112
4.6.2 試驗測量 112
4.6.3 張拉試驗 115
4.6.4 弦支穹頂結構靜力加載試驗 119
4.6.5 弦支穹頂結構與單層網(wǎng)殼結構靜力性能對比 126
4.6.6 試驗結論 128
第5章 向心關節(jié)軸承節(jié)點弦支穹頂結構分析與設計 130
5.1 向心關節(jié)軸承節(jié)點 130
5.2 向心關節(jié)軸承節(jié)點弦支穹頂結構設計 131
5.2.1 荷載技術條件 131
5.2.2 荷載基本組合與標準組合 132
5.3 向心關節(jié)軸承節(jié)點弦支穹頂結構靜力性能 134
5.3.1 模型建立 134
5.3.2 拉索預應力優(yōu)化分析 136
5.3.3 MIDAS靜力分析結果 138
5.3.4 ANSYS與 MIDAS靜力分析結果對比 143
5.4 向心關節(jié)軸承節(jié)點弦支穹頂結構穩(wěn)定性能 144
5.4.1 穩(wěn)定理論概述 144
5.4.2 特征值屈曲分析 144
5.4.3 MIDAS特征值屈曲分析結果 145
5.4.4 AYSYS特征值屈曲分析結果 147
5.4.5 考慮初始缺陷的幾何非線性分析 149
第6章 扁平橢球形弦支穹頂結構分析與設計 150
6.1 扁平橢球形弦支穹頂結構設計 150
6.1.1 項目概況 150
6.1.2 雙層網(wǎng)殼結構與弦支穹頂結構方案對比 151
6.1.3 雙層網(wǎng)殼結構與弦支穹頂結構靜力性能對比 152
6.1.4 雙層網(wǎng)殼結構與弦支穹頂結構動力性能對比 153
6.1.5 弦支穹頂結構矢跨比優(yōu)化 155
6.2 扁平橢球形弦支穹頂結構靜力性能 158
6.2.1 主要技術條件和設計標準 158
6.2.2 MIDAS模型 160
6.2.3 ANSYS模型 161
6.2.4 預應力優(yōu)化分析 162
6.2.5 靜力分析結果 166
6.3 扁平橢球形弦支穹頂結構穩(wěn)定性能 169
6.3.1 特征值屈曲分析 169
6.3.2 非線性屈曲分析 170
6.4 扁平橢球形弦支穹頂結構抗震性能 174
6.4.1 結構自振特性分析 174
6.4.2 振型分解反應譜法分析結構地震作用響應 176
6.4.3 時程分析法分析結構地震作用響應 179
6.5 扁平橢球形弦支穹頂結構上部、下部結構協(xié)同效應分析 182
6.5.1 整體模型的建立 182
6.5.2 整體結構靜力性能分析 186
6.5.3 整體結構動力性能分析 191
6.5.4 整體結構抗震性能分析 193
6.5.5 結構整體分析與屋蓋單獨分析對比 196
第7章 非圓建筑球面弦支穹頂結構分析與設計 198
7.1 非圓建筑球面弦支穹頂結構設計 198
7.1.1 結構方案比選 198
7.1.2 結構布置的形成 199
7.2 非圓建筑球面弦支穹頂結構靜力性能 201
7.2.1 計算分析模型 201
7.2.2 靜力性能分析結果 202
7.2.3 靜力性能的參數(shù)化分析 206
7.3 非圓建筑球面弦支穹頂結構動力特性及抗震性能 227
7.3.1 自振特性 227
7.3.2 抗震性能 231
7.4 非圓建筑球面弦支穹頂結構穩(wěn)定性能 233
7.4.1 特征值屈曲分析 233
7.4.2 非線性屈曲分析 234
7.5 不同類型弦支穹頂結構力學性能對比分析 235
7.5.1 對比分析模型的建立 235
7.5.2 不同類型弦支穹頂結構受力性能分析 236
第8章 不連續(xù)支承的橢球面弦支穹頂結構分析與設計 239
8.1 不連續(xù)支承問題 239
8.1.1 不連續(xù)支承問題的提出 239
8.1.2 不連續(xù)支承解決方案 239
8.2 不連續(xù)支承弦支穹頂應用案例分析 248
8.2.1 工程背景 248
8.2.2 技術難點 249
8.3 不連續(xù)支承弦支穹頂結構方案比選 250
8.4 不連續(xù)支承的橢球面弦支穹頂結構靜力性能 252
8.4.1 模型建立 252
8.4.2 荷載工況 253
8.4.3 靜力性能分析結果 253
8.5 不連續(xù)支承的橢球面弦支穹頂結構動力特性 255
8.6 不連續(xù)支承的橢球面弦支穹頂結構穩(wěn)定性能 256
8.6.1 計算模型 256
8.6.2 特征值屈曲分析 257
8.6.3 雙重非線性分析 257
第9章 弦支穹頂結構斷索效應研究 259
9.1 試驗方案及概況 259
9.1.1 試驗模型概況 259
9.1.2 試驗方案 260
9.2 試驗裝置及測量儀器 261
9.2.1 環(huán)索張拉裝置 261
9.2.2 索力測量裝置 261
9.2.3 斷索裝置 262
9.2.4 應變測量儀器 263
9.2.5 加速度測量儀器 264
9.2.6 圖像測量儀器 264
9.3 弦支穹頂模型受載狀態(tài)下單根環(huán)索局部斷索試驗 265
9.3.1 試驗準備 266
9.3.2 試驗測點布置 268
9.3.3 試驗過程及試驗現(xiàn)象 271
9.3.4 試驗結果及討論 273
9.4 弦支穹頂模型 3號環(huán)索單獨局部斷索試驗 286
9.4.1 試驗測點布置 286
9.4.2 試驗過程及試驗現(xiàn)象 288
9.4.3 試驗結果及討論 290
9.5 弦支穹頂結構斷索效應數(shù)值模擬方法 302
9.5.1 顯式動力分析思路 302
9.5.2 顯式有限元模型建立 304
9.6 弦支穹頂結構斷索效應數(shù)值模擬結果分析及對比討論 305
9.6.1 3號環(huán)索局部斷索數(shù)值模擬結果及討論 305
9.6.2 1號環(huán)索局部斷索數(shù)值模擬結果及討論 308
9.6.3 數(shù)值模擬結果與試驗結果對比分析 311
9.7 弦支穹頂結構斷索動力放大系數(shù) 312
9.8 弦支穹頂結構斷索動力因子 314
參考文獻 319