索穹顶结构张拉找形与承载全过程仿真分析

索穹顶结构的预应力张拉过程是几何体系由机构变成结构的过程。首先,从预应力施工张拉方式实现既定结构成形态、确定结构成形态满足正常使用和安全要求、优化预应力度选定合理结构成形态三个方面,应用重启动计算分析方法,对索穹顶结构进行预应力张拉找形及承载全过程仿真分析。分析表明,采用不同的预应力张拉方式可以达到相同的既定成形态,这为制定预应力张拉施工方案创造了灵活的技术空间。其次,通过对索穹顶结构在不同预应力度下承载全过程仿真分析,得出工程采用的预应力度是安全合理的,并提出结构设计各阶段体系弹塑性性能指标。最后,针对不同跨度索穹顶结构,通过确定结构初始几何形态的初始预应力度P0,以P0为基本模数分析不同预应力度下结构的弹塑性性能,得出索穹顶结构初始预应力为（7.5～10）P0的设计方法。以上研究方法和结论在我国大陆地区首座大跨度索穹顶结构工程--内蒙古伊旗全民健身体育中心工程中实现应用。     

Kiewitt型索穹顶结构拉索退出工作机理分析

目前索穹顶结构的研究主要集中在形态分析、结构静动力性能分析、施工成形分析等方面,有关索穹顶结构拉索退出工作及部分拉索退出工作后的体系受力性能的研究还很少涉及.本文以Kiewitt型索穹顶结构为例,分析结构在多种荷载工况下索松弛和索破坏退出工作机理及部分索退出工作后结构的受力性能,得出了一些有用的结论,对该类结构的进一步研究和工程应用具有指导意义.     

矩形平面索穹顶结构的模型试验研究

为了了解矩形平面Geiger型索穹顶结构的受力性能,设计并加工了一长边4.7m、短边3.4m的矩形平面索穹顶结构试验模型,并对该结构试验模型的预应力、自振频率及多种荷载工况下的多级静力加载等内容进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:矩形平面Geiger型索穹顶结构与圆形平面Geiger型索穹顶结构具有相似的静力性能,它在满跨均布荷载作用下具有良好的受力性能,但不利于承受半跨均布荷载。且结构第一阶自振频率较低,自振频率随初始预应力的增大而增大,提高结构预应力水平可以改善结构刚度。     

索穹顶新型节点设计及有限元分析

在分析索穹顶结构节点设计要求的基础上，针对索穹顶这种特殊的结构，介绍了适用于索穹顶结构的新型节点形式，并对其进行有限元弹塑性分析，分析结果表明节点整体受力性能较好。     

鸟巢型索穹顶结构索杆退出工作后的受力性能分析

分析鸟巢型索穹顶结构在满跨和半跨荷载作用下部分索松弛以及单根索、杆破断后的受力性能。研究发现,脊索松弛对结构整体刚度的影响很大;而随着索、杆破断位置的不同,结构的受力性能有很大差异。     

Levy体系索穹顶结构荷载静力性能分析

分析了Levy体系索穹顶结构在使用阶段的受力性能，着重讨论了在均布荷载工况下，初始预应力幅值、矢跨比、桅杆高度等三个参数对结构静力性能的影响。     

雅安天全体育馆金属屋面索穹顶设计研究

四川雅安天全体育馆座席数约2700座,中部直径77.3m的圆形大跨屋盖采用了金属屋面索穹顶结构.对屋面材料的选取进行了介绍,结构选型研究对比分析了肋环型索穹顶、带垂直支撑肋环型索穹顶、葵花型索穹顶和葵花+肋环型索穹顶等四种形式的索穹顶,得到了优选的葵花+肋环型索穹顶.研究了金属屋面檩条的协同工作性能,发现当檩条作为结构的一部分时,其受力状态类似于单层壳体,对结构刚度的贡献很大,承担了大部分荷载,导致檩条用钢量较大,当檩条不参与协同工作时,更加经济.对选用索穹顶的静力性能、动力性能、极限承载力、抗震性能、节点分析设计、张拉施工和健康监测等关键技术要点进行了阐述,可为同类工程提供参考.     

预应力自平衡索桁架的承载性能研究

预应力自平衡索桁架作为点支玻璃幕墙的支承体系有着广泛的应用,本文重点研究这一新型结构形式的组成特点、受力机理及设计方法.首先应用小挠度弹性理论,在一些合理简化假设的基础上,推导自平衡索桁架的初始刚度、松弛刚度及临界松弛荷载公式.然后基于Ansys的弹塑性大挠度数值分析,研究预应力自平衡索桁架的全过程力学性能,验证理论公式的正确性.最后,提出预应力自平衡索桁架的设计方法.     

弦支穹顶结构设计分析

弦支穹顶是由上部单层网壳和下部预应力索杆体系组成的空间结构。结合体育馆屋盖的设计,对采用的弦支穹顶结构进行始态、荷载态、地震作用分析。讨论弦支穹顶设计的基本过程,并对索所需的预应力大小进行分析设计。计算结果表明,弦支穹顶结构具有良好的受力性能和经济性能,满足建筑造型的要求。     

一种由索穹顶与单层网壳组合的空间结构及其受力性能研究

提出了一种由索穹顶与单层网壳组合的空间结构形式,该结构不仅充分利用了索穹顶的受力特性,而且发挥了单层网壳便于铺设刚性屋面板的优势。给出了葵花型、肋环型、Kiewitt型、鸟巢型4种索穹顶结构与相应网格布置的单层网壳的组合结构形式,结构顶部可采用封闭和开口两种形式。定义了索穹顶与单层网壳之间连接杆的荷载传递系数、索穹顶和单层网壳的支座竖向反力分配系数。以葵花型索穹顶与单层网壳的组合结构为例,探讨了结构在均布荷载和集中荷载作用下的受力性能以及结构的矢跨比、预应力水平、网壳杆件截面等参数对结构受力性能的影响。计算结果表明,外荷载越小、矢跨比越小、预应力水平越大和网壳杆件截面越小,索穹顶承担的外荷载比例越大。     

刚性网格索穹顶结构组合形式及其协同工作非线性力学性能研究

提出了一种刚柔相济的组合空间结构-刚性网格索穹顶结构,该结构不仅充分发挥了索穹顶的力学性能,而且易于利用刚性网格铺设屋面板材,既具有结构优势又便于屋面安装.给出了肋环型、葵花型两种典型索穹顶与以四边形和三角形为基本构成单元刚性网格的3种组合形式.对刚性网格与索穹顶协同工作机理进行分析,将结构进行有限元离散和合理简化,建立了刚性网格索穹顶结构协同工作非线性静力分析的计算模型.以组合Ⅱ型为例,探讨了结构在满跨均布荷载和非对称荷载作用下内力和位移变化规律,以及初始预应力水平对结构力学性能的影响.计算结果表明：刚性网格的协同工作提高了结构整体刚度和承载力,减小了索穹顶对非对称荷载的敏感性;初始预应力水平对索穹顶内力影响显著,但对结构整体刚度影响非常不明显.     

大跨度索穹顶结构抗火性能分析

根据内蒙古伊旗全民健身体育中心工程设计的需要,对大跨度索穹顶结构进行抗火性能分析。以温度-结构耦合为基本方法,基于大空间空气升温模型,考虑高温下材料的非线性,分析了结构在不同火灾工况下的响应,得到火灾下索穹顶结构变形、节点位移、杆件预应力损失的基本规律。研究表明：肋环型索穹顶结构侧向刚度较弱,对偏心火灾敏感,火灾下的挠度超限和侧向变形是导致结构失效和非结构构件提前破坏的主要原因;脊索尤其内脊索是火灾下预应力损失较为严重的杆件,中撑杆侧向位移控制是肋环形索穹顶结构抗火设计的重点。针对肋环形索穹顶结构侧向刚度较弱的缺点,在中撑杆上节点部位加设一道环向杆件进行结构体系的改进,可使结构的抗火性能得到较大改善。     

索穹顶结构体系创新研究

我国自2009年开始建有跨度20 m左右的索穹顶,至2016年已建成跨度超百米的索穹顶结构。但回顾国内外所建成的该类空间结构,均属于传统Fuller构想张拉整体类索穹顶。其上、下弦节点只有1根垂直于水平面的撑杆,形式比较单一,如肋环型索穹顶,上弦节点的环向水平刚度较差。为此,提出了Fuller构想单撑杆（不垂直于水平面）类索穹顶,有利于增加结构跨度。并进一步提出了非Fuller构想多撑杆（下弦节点可设置2根、3根、4根撑杆）类索穹顶。这不仅可改善结构传力性能,而且又能减少斜杆（斜索）和环索数量,方便施工张拉成形。若采用多种撑杆（包括单撑杆）且多种方式设置,当上弦选用径向布置时可归纳称之为肋环系列索穹顶,当上弦选用葵花布置时可归纳称之为葵花系列索穹顶。由肋环系列索穹顶和葵花系列索穹顶可构成多种组合形式索穹顶。研究丰富了索穹顶结构形式、体系和类型,为索穹顶的设计和选型提供了新思路、新空间。     

大跨度索穹顶结构模型静力试验研究

以内蒙古伊旗全民健身体育中心工程为研究对象,设计制作了1∶10缩尺肋环型索穹顶结构试验模型,研究了模型结构张拉成形后在设计荷载作用下的力学性能,将ANSYS数值模拟加载和模型加载结果进行了对比分析,获得了模型静力响应的变化规律及活荷载不对称分布对结构整体静力性能的影响。研究表明：索穹顶结构在外荷载作用下,脊索存在应力减小的现象;结构可随荷载的变化不断调整预应力的分布状态;作为柔性空间体系,对非对称荷载作用十分敏感;结构在设计荷载作用下, 结构构件均处于安全的工作范围内;数值模拟结果与试验值吻合较好,验证了数值模拟的正确性和结构设计的合理性。     

预应力全索系整体张拉结构设计研究

预应力全索系整体张拉结构是具有“内部没有压杆的全索系拉杆海洋”特点的结构体系,该结构体系结构稳定承载力和变形性能是工程设计的关键。为研究全索系整体张拉结构的弹塑性发展规律,进行了基于材料非线性和几何非线性的结构承载全过程分析,得到典型单元荷载-应力、关键节点荷载-竖向位移全过程曲线。分析结果表明：建议全索系整体张拉结构索构件在弹性阶段的应力比应小于0.40,内环索竖向变形应小于悬挑跨度的1/40~1/50。全索系整体张拉结构的屈服荷载系数及延性性能高于有钢压杆的预应力钢结构体系;增大预应力度是改善谷索排雪水功能的有效措施之一。     

劲柔索张拉穹顶结构施工仿真分析

阐述了鞍山体育中心训练馆工程采用我国自主知识产权的劲柔索张拉穹顶结构施工方案,以及施工全过程张拉控制值的确定。实践表明,预应力的逐步施加是工程能否顺利实现的关键,针对这个问题,文中运用作者提出的适于该种结构形式的“改进的倒退分析方法”进行模拟施工全过程的力学跟踪分析,其计算结果不仅包括结构施工完毕的结构内力和节点位移,而且包括施工过程中在任意时刻所有构件的内力和节点变化,以便得到施工各阶段柔索施工张拉控制值,使结构达到最终理想成形状态。     

连云港体育馆屋面弦支穹顶结构分析与设计

弦支穹顶结构体系是在单层网壳和张拉整体的基础上发展起来的一种新型空间结构。详细介绍了上部为肋环型单层网壳的弦支穹顶结构体系在连云港体育馆屋面中的具体应用。包括屋盖结构体系的布置特点,荷载取值,初始预应力的确定原则,结构力学性态分析以及拉索与撑杆连接节点弹塑性分析。最后,对该结构作了弹塑性极限承载力研究,并就结构的安全度作了探讨。     

索穹顶中考虑薄膜与索协同工作对结构性能的影响

索穹顶结构是一种新型的大跨度空间结构形式。目前对该类结构的受力性能研究一般仅考虑预应力索单元承受荷载,而忽略薄膜对功能力的影响,这并不能真实反映索穹顶结构的实际工作状况,并且这种简化计算是否偏于这民未经验证。针对这一问题,本文一个圆形平面Ｌｅｖｙ体系索穹顶结构计算模型,分别对两种方案进行极限承载力和位移的计算。通过对计算结果的分析比较,本文得到如下结论：仅考虑索单元承载所算得的索穹顶结构的极限承载