局部火灾下弦支穹顶结构破坏模式参数分析

以凯威特-联方型弦支穹顶结构为研究对象,采用ANSYS软件,建立弦支穹顶结构高温热力耦合数值分析模型,考察多参数影响下的弦支穹顶结构受火破坏模式。研究结果表明:随着结构温度分布逐渐均匀,在荷载比0.2~0.6范围,出现外圈环索破坏;在荷载比0.7~0.8取值范围,破坏模式由外圈环索破坏转变为上层网壳外圈环杆破坏。随着火源位置向结构边缘方向移动,外圈环索单元破坏的同时,出现了外圈环杆单元的破坏,且温度分布非均匀性变化对结构破坏模式的影响逐渐减弱。在较低荷载比及温度分布不均匀的情况下,随着火源位置的外移,逐渐出现外圈环索破坏,而矢跨比和预应力水平对结构的破坏模式影响较小,温度分布趋于均匀时,当矢跨比或者预应力较大时,结构均是外圈环杆或环索破坏,随着这两个参数的减小,发展为外圈环杆和环索同时破坏。结构温度分布非均匀性、荷载比和火源位置是影响弦支穹顶结构破坏模式的关键参数。     

CFRP索弦支穹顶结构的受力性能研究

将弦支穹顶结构中的钢索替换为更加轻质高强的CFRP索,形成CFRP索弦支穹顶结构。基于北京奥林匹克羽毛球馆中的弦支穹顶结构,分别对钢索弦支穹顶结构和CFRP索弦支穹顶结构进行了静力非线性分析和整体稳定性能分析。结果表明:将弦支穹顶结构中的钢索替换为CFRP索对结构在竖向荷载作用下的设计结果和整体稳定性能影响不大;温度作用下,CFRP索弦支穹顶结构与传统钢索弦支穹顶结构的索内力变化趋势相反,温度作用对钢索弦支穹顶中网壳结构的影响集中在外围边缘区域,而对CFRP索弦支穹顶中的大部分杆件受力均有较显著的影响。     

联方—凯威特弦支穹顶结构的地震时程分析

采用时程分析法对联方—凯威特弦支穹顶结构进行了地震响应分析,研究发现,弦支穹顶结构在三向地震作用下,径向杆在下部支撑体系处影响最大,而环向杆相反,同时上部单层网壳杆件轴力影响较小,索的内力降低。     

Levy型劲性支撑穹顶静力性能试验研究

为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的静力性能,以跨度6m的Levy型劲性支撑穹顶结构实际模型为研究对象,通过试验研究了其在初始预应力、满跨荷载和半跨荷载作用下的静力性能,获得了Levy型劲性支撑穹顶结构模型中各杆件内力和节点位移随外荷载增加变化规律。研究结果表明：在满跨荷载作用下,随着荷载的增大,环杆、撑杆和斜杆轴力都逐渐增大,脊索索力逐渐减小;在半跨荷载作用下,随着荷载的增大,结构内部杆件内力变化平稳,结构受荷一侧各杆件内力变化规律与全跨荷载作用下变化规律基本相同,但各杆件内力的变化值较全跨荷载作用大,结构对非对称荷载比较敏感,结构非受荷一侧内力变化比较复杂,脊索索力减小,撑杆和环索内力减小,内、中斜杆内力减小,外斜杆内力基本不变,半跨荷载引起的节点竖向位移比满跨荷载引起的竖向位移大,但整体结构位移均较小,竖向刚度较大,表明用劲性钢拉杆代替索穹顶下层拉索构件是可行的。研究结果验证了劲性支撑穹顶结构合理性与可行性,可为工程应用提供参考。     

Levy型劲性支撑穹顶静力性能试验研究

为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的静力性能,以跨度6 m的Levy型劲性支撑穹顶结构实际模型为研究对象,通过试验研究了其在初始预应力、满跨荷载和半跨荷载作用下的静力性能,获得了Levy型劲性支撑穹顶结构模型中各杆件内力和节点位移随外荷载增加变化规律。研究结果表明:在满跨荷载作用下,随着荷载的增大,环杆、撑杆和斜杆轴力都逐渐增大,脊索索力逐渐减小;在半跨荷载作用下,随着荷载的增大,结构内部杆件内力变化平稳,结构受荷一侧各杆件内力变化规律与全跨荷载作用下变化规律基本相同,但各杆件内力的变化值较全跨荷载作用大,结构对非对称荷载比较敏感,结构非受荷一侧内力变化比较复杂,脊索索力减小,撑杆和环索内力减小,内、中斜杆内力减小,外斜杆内力基本不变,半跨荷载引起的节点竖向位移比满跨荷载引起的竖向位移大,但整体结构位移均较小,竖向刚度较大,表明用劲性钢拉杆代替索穹顶下层拉索构件是可行的。研究结果验证了劲性支撑穹顶结构合理性与可行性,可为工程应用提供参考。     

大跨弦支穹顶结构的风振响应分析

弦支穹顶结构是一种新兴的空间结构体系,文章以120m大跨弦支穹顶结构为模型,分析了其自振特性;运用时间历程分析法,对其进行风振反应分析,研究了在风荷载作用下的结构响应和不同参数对风振系数的影响。结果表明,弦支穹顶结构基频较小,频率分布密集,且振型复杂;风荷载作用下结构内力响应比较大;在风力作用下,静风荷载时,弦支穹顶结构和单层网壳结构内力响应比较大;在脉动风荷载作用下,结构内力响应与在静风荷载下同在一个数量级。     

半刚性节点弦支穹顶水平地震响应分析

弦支穹顶结构是基于整体张拉思想和单层球面网壳技术的一种新型杂交空间结构体系。文中采用有限元软件ANSYS对螺栓球半刚性节点弦支穹顶结构进行了动力分析,比较了半刚性节点结构和刚性节点结构动力特性的差别,并且采用时程分析法对半刚性节点弦支穹顶结构在常遇水平地震作用下的地震响应进行了分析。分析结果表明:弦支穹顶结构频率密集,半刚性节点弦支穹顶结构频率小于刚性节点结构,节点弯曲刚度对高阶振型的影响显著;半刚性节点弦支穹顶结构杆件动内力及地震系数普遍大于刚性结构;杆件地震系数在7度常遇地震输入下基本小于10%。     

基于改进应变能法的无环索弦支穹顶拉索重要性评价（英文）

基于上部网壳总应变能变化量峰值和上部网壳杆件应变能变化率标准差提出一种改进应变能法,用于评价无环索弦支穹顶不同部位的拉索重要性。改进应变能法采用上部网壳总应变能变化量峰值作为主要评价指标,其目的是表征断索后上部网壳的最不利状态且避免断索导致的下部预应力索杆体系应变能损失对以结构总应变能为指标的评价结论的干扰。改进应变能法采用上部网壳杆件应变能变化率标准差作为辅助评价指标的目的是考虑上部网壳不同部位应变能变化的分布情况。以含有三层无环索预应力索杆体系的直径100 m的无环索弦支穹顶为例。首先,建立结构有限元分析模型,通过施加预应力和外荷载得到无环索弦支穹顶的荷载态。然后,基于荷载态采用杆件瞬时移除技术完成断索模拟,采用中心差分积分模式的修正拉格朗日列式增量解法求解断后无环索弦支穹顶的杆件内力时程和节点位移时程。同时,基于杆件内力时程和节点位移时程,求得上部网壳每根杆件的应变能时程。最后,在此基础上,求得上部网壳总应变能时程和上部网壳杆件应变能变化率标准差。如果某部位断索后发生了结构连续倒塌,则该位置拉索的重要性排在首位或并列排在首位;如果未发生结构连续倒塌,则根据不同部位断索后的上部网壳总应变能变化量峰值和上部网壳杆件应变能变化率标准差为指标评价不同部位拉索的重要性。比较上部网壳总应变能变化量峰值,当断索后上部网壳总应变能变化量峰值越大,则该部位的拉索重要性越高;当上部网壳总应变能变化量峰值较为接近时,应补充比较上部网壳杆件应变能变化率标准差:上部网壳杆件应变能变化率标准差越大,拉索重要性越高。结果显示:无环索弦支穹顶的所有拉索预应力乘以相同倍数后以及所有拉索的截面面积乘以相同倍数后,采用以结构总应变能作为评价指标的拉索重要性评价结论会随预应力倍数和截面面积倍数的变化发生明显变化。这种现象的主要原因是下部预应力索杆体系应变能下降而上部单层网壳应变能上升,导致结构总应变能变化规律复杂。基于改进应变能法,采用上部网壳总应变能变化量峰值和上部网壳杆件应变能变化率标准差作为评价指标,则拉索重要性评价结论不随预应力倍数、截面面积倍数和上部网壳形式的变化而变化,避免了下部预应力索杆体系应变能下降带来的干扰,且可以有效区分不同部位的拉索重要性。研究表明:基于结构总应变能指标的拉索重要性评价方法不适用于无环索弦支穹顶,提出的改进应变能法可以有效评价无环索弦支穹顶不同部位拉索的重要性。基于改进应变能法分析发现:最外层预应力索杆体系中索力较大,断索的不对称变形导致不同部位拉索的重要性略有区别,拉索的中间段的重要性略小于其余各段;其余各层的索力远小于最外层,不同部位拉索的重要性没有明显区别。不同层预应力索杆体系之间,最外层的拉索重要性最高,向内依次降低。分析中还发现,断索部位附近的网壳杆件应变能变化较为明显,而距离断索部位较远的网壳杆件受到的影响很小;断索仅对无环索弦支穹顶的局部有影响,对结构主体的影响不大。     

拉索失效后的弦支穹顶结构稳定性能研究

弦支穹顶是近几年迅速发展起来的一种新型空间结构体系,它是一种典型的空间型弦支结构形式.本文总结弦支穹顶布索特点,对弦支穹顶局部拉索破断失效后的结构进行了特征值屈曲分析和非线性稳定性分析,得到了不同拉索失效后的非线性稳定分析临界荷载和一阶屈曲特征值,前者小于后者但在规律上是一致的.最外圈拉索失效对弦支穹顶一阶屈曲特征值和非线性稳定分析临界荷载改变最大,表明最外圈拉索对弦支穹顶稳定性影响最为显著.最后给出了不同拉索失效情况下拉索内力分布图,揭示了某一圈拉索失效后内力重分布情况,可得最外圈拉索在不存在失效单元时索力始终最大,存在失效单元的拉索索力一般最小.这些结果为弦支穹顶结构在抗连续倒塌能力方面提供一定的基础,同时也对弦支穹顶结构的推广应用具有一定参考意义.     

联方-凯威特型弦支穹顶结构的地震响应分析

联方-凯威特组合型弦支穹顶结构是一种新型空间网壳形式,目前研究较少。采用时程分析法对联方-凯威特组合型弦支穹顶结构进行地震响应分析,通过分析杆件和节点的内力及位移时程响应曲线,得到结构的内力与位移分布规律;进而考虑结构柱支承不均匀变形的影响,得到结构地震响应的变化规律;在此基础上,对矢跨比、环数比、支座形式等主要参数进行变参数研究,通过分析结构各个构件的动内力响应水平得到主要参数对结构动力响应水平的影响;为同类网壳的工程应用提供理论参考。     

弦支穹顶结构多维多点地震响应分析

本文研究了弦支穹顶结构在多维多点地震动激励下的响应情况,对40m、80m和120m跨度的弦支穹顶结构进行时程分析,列出了结构在不同视波速下三向及单向输入地震波行波激励下的地震响应,并与一致激励下的地震响应进行了对比分析。结果表明,考虑结构多维多点地震响应分析时,杆件内力随视波速的增大而减小,越来越接近一致激励下的杆件应力;且对弦支穹顶结构不同位置的杆件的内力值影响有所不同,相比单维多点输入,结构在多维多点地震动激励下的响应要大得多。因而,对于大跨度弦支穹顶结构,在计算地震响应时,必须考虑多维多点的影响,而且应对可能出现的地面视波速进行全面分析。     

基于刚度变化率法的空间杆系结构破坏预测研究

为研究空间杆系结构的破坏预测方法,针对六角星型穹顶结构进行了理论和实验研究.利用MATLAB数值模拟分析了结构在荷载作用下的变形规律,获得了四种工况下结构刚度矩阵行列式及其变化率在结构破坏过程中的变化特点,建立了基于刚度变化率的空间杆系结构破坏预测方法.为验证理论分析可靠性,进行了相应结构的室内模型破坏试验,并将实测结果与应力变化率法进行对比分析.结果表明,空间杆系结构刚度矩阵行列式在结构破坏前存在明显突变,可用于预测结构破坏并比较不同初始缺陷对结构稳定承载力的影响.结构模型实验验证了刚度变化率法具有预测杆件群失稳破坏的能力,并提高了应力变化率法预测结构破坏的效率.     

地震作用下弦支穹顶结构动力稳定性参数分析

弦支穹顶结构是一种新型结构体系,它综合了单层网壳结构和索穹顶结构各自的优点.为全面认识弦支穹顶结构在地震作用下的动力稳定性问题,本文以具有实际工程意义的50m跨度凯威特型弦支穹顶结构作为研究对象,系统分析了多种因素对弦支穹顶结构动力稳定性临界荷载的影响,其中包括:不同支座条件、不同矢跨比和不同杆件截面、不同拉索布置层数、不同拉索预应力值以及不同地震输入.本文成果为弦支穹顶结构的工程应用提供有价值的参考.     

预应力施工随机误差对弦支穹顶结构静力性能的影响分析

以山东茌平体育馆弦支穹顶结构工程为背景,基于概率统计原理,研究弦支穹顶结构的各项力学性能对预应力施工过程中随机误差的敏感性.分析结果表明:弦支穹顶的变形对最外圈环索内力的误差最为敏感,跨中挠度有可能最大增大33.3%,且超过设计值5%的概率达到32.28%;在受力方面,各圈环索内力的变异将对其所在区域的网壳杆件和索撑体系的内力产生较大影响,但影响程度小于其对结构变形的影响.考虑到弦支穹顶结构最外圈环索在结构中的重要作用以及对结构的影响程度,建议预应力施工过程中严格控制最外圈环索内力的施工精度,同时施工过程中应注意结构的变形.     

常州市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究

常州市体育馆椭圆抛物面钢屋盖采用由Levy索杆系和单层网壳构成的弦支穹顶结构,与已研究的常规弦支穹顶相比,其具有体量大,矢跨比高和外形为椭圆抛物面的特点。将弦支穹顶与单层网壳进行稳定性对比研究,包括构件屈曲、线性屈曲和几何非线性屈曲等,分析了高矢跨比弦支穹顶中索杆系的作用以及对结构设计起控制作用的破坏形式。研究结果表明,索杆系增加了弦支穹顶的整体性,降低了其对初始几何缺陷的敏感性,但对结构刚度、基本自振周期和模态、构件屈曲荷载、线性屈曲荷载、无初始缺陷的非线性屈曲荷载、屈曲模态等影响不大。高矢跨比弦支穹顶仍对初始缺陷较为敏感,稳定性仍是结构设计控制因素之一。此外,由于椭圆抛物面外形,活荷载布置形式对结构屈曲模态影响较大,且满跨活荷载并不一定是最不利的活荷载布置形式。     

应用CFRP索弦支穹顶结构静力特性分析

为研究新型材料CFRP在弦支穹顶结构中的应用,以2008奥运会羽毛球馆为背景,建立长4 m,高2.6 m的穹顶模型。模型分别采用钢索和CFRP索作为预应力索,通过有限元分析软件ANSYS对模型进行静力分析计算,得到应用CFRP索的弦支穹顶结构内力及位移随加载历程的变化规律。研究结果表明:由CFRP索构成的弦支穹顶结构同样具备传统钢索结构的优点,甚至在影响杆件应力和节点位移方面更优。将为CFRP索代替钢索的弦支穹顶结构的研究奠定基础。     

土-结构相互作用下弦支穹顶结构动力性能分析

目前对弦支穹顶结构抗震计算一般基于刚性地基假定,但由于基础周围土体并非刚性,在地震作用下会产生变形。为研究弦支穹顶结构在地震作用下考虑土结构相互作用动力响应,建立跨度为92 m的弦支穹顶结构土-结构相互作用有限元模型。基于修正S-R(Sway-Rocking)方法的土体简化模型,分析土-结构相互作用下弦支穹顶结构的自振特性及地震响应特征。研究表明:考虑土-结构相互作用后,弦支穹顶结构的自振频率明显减小;在地震作用下,弦支穹顶上部网壳结构的杆件最大压应力和节点最大位移明显增大,而撑杆最大压应力和斜拉杆及环索的最大拉应力均有所减小。     

某弦支穹顶结构预应力索施工模拟与分析

以济宁市综合体育馆弦支穹顶结构为实例,采用施工反分析方法对预应力张拉过程进行有限元模拟分析,对比分析了不同张拉位置、张拉顺序和张拉分级时结构控制节点的竖向位移和屋盖上部杆件最大应力比变化,得出了不同张拉方案对弦支穹顶结构的影响结果,提出了弦支穹顶预应力施加方法的建议。     

大连体育馆弦支穹顶结构张拉成形及静载试验研究

大连体育馆屋盖采用了弦支穹顶结构,为探索不同张拉方案的优劣及可行性,校核结构数值分析时数值模型和计算结果的准确性,研究结构在施工、设计荷载下的受力特性,对大连体育馆缩尺模型结构进行张拉成形和静力加载试验,结合有限元软件ANSYS对试验进行全过程模拟。结果表明:撑杆的内力和节点位移的试验值与理论值吻合较好,以撑杆内力为张拉控制目标,达到了张拉要求;撑杆顶升成形方法在试验中需进行反复调试,可控性较差,且需要对索进行精确下料,难度高;斜索张拉法可控张拉点较多,且斜索索力相对较小,索力可控性好,成形精度更高,故在施工中建议采用斜索张拉方案;在静力加载试验中,弦支穹顶上部网壳节点的位移、撑杆轴力和杆件应变与荷载基本满足线性关系,表明结构整体竖向刚度在设计荷载范围内未出现弱化,网壳杆件整体应力水平在设计范围内,结构满足设计要求。     

地震作用下开口Kiewitt型弦支穹顶结构的动力稳定

根据弦支穹顶结构的受力特点,建立梁元、杆元和索元的混合有限元动力分析模型,提出利用动态增量法,根据B-R判别准则,提取各级地震加速度幅值下的节点最大位移作为动力响应特征参数,探讨大跨度、小矢跨比开口Kiewitt型弦支穹顶结构在地震作用下的动力稳定极限承载力的研究方法.通过改变结构参数、几何参数等诸多因素来研究其对地震作用下结构动力稳定临界值的影响.分析表明,初始缺陷会明显降低弦支穹顶结构的动力稳定临界值,矢跨比、预应力值和杆件截面对于结构的动力稳定性不呈单调变化.