Levy体系索穹顶结构的静力性能分析

索穹顶结构是由索、杆及膜组成的新型预应力结构,应用在大跨度空间结构领域。利用大型有限元分析软件(Ansys),分析了结构参数(如环数、每环节点数、矢跨比等)的影响,对60m跨度Levy体系索穹顶结构的静力性能进行了研究。给出了一些合理的结构设计参数取值建议,为Levy体系索穹顶结构的设计以及工程实践提供参考。     

索穹顶结构的静力性状分析

本文基于文献［４］提出的索穹顶结构非线性有限元理论及初始刚度计算方法，对圆形平面、球形屋面、脊索呈辐射状分布的轴对称索穹顶结构进行了分析计算，通过参数改变，详细研究了该类索穹顶结构的静力性状，并得到了一些重要结论，对理论研究及工程应用具有指导意义。     

鸟巢型索穹顶结构的静力性能分析

基于几何非线性理论对鸟巢型索穹顶结构在多种荷载作用下的静力响应进行了计算分析,同时研究了多种预应力水平对结构静力性能的影响,结果表明不跳格与跳格两种结构布置形式均具有良好的静力性能,体系的预应力水平总体上对结构整体刚度及静力性能的影响较为有限,对跳格布置结构形式的影响相对明显些,因此综合考虑施工难度等因素选择合理的预应力水平是必要的。     

索穹顶结构在静力荷载作用下的失效分析

索穹顶结构中压杆起着十分重要的作用,压杆的失稳将导致整体结构的失效。故本文研究了索穹顶结构在静力荷载作用下,基于压杆失稳的失效机理,提出了具体的失效判别依据,求得了相应的极限荷载。     

预应力损失对索穹顶静力性能的影响

采用张力补偿法模拟逐层双环索穹顶结构环索预应力张拉施工.考虑施工滑移索摩擦影响,讨论了结构存在环索预应力损失的条件下的静力性能,并与传统索穹顶结构在相同条件下的静力性能进行了比较研究,得到一系列对实际工程应用和进一步研究有借鉴意义的结论.     

弦支穹顶体系及其静力性能

弦支穹顶结构形式综合了索穹顶和网壳结构的优点,是一种新型空间杂交结构体系：介绍了弦支穹顶结构体系的构成和工作原理,研究了改变弦支穹顶的矢高及环索预拉力对结构性能的影响。研究表明弦支穹顶应综合考虑欠高、预应力的施加等因素的相互影响,该结构的设计可以相应的采取一些优化设计方法。     

刚化索穹顶结构性能分析

针对索穹顶结构脊索容易松弛和施工技术要求高的问题,给出了一种采用刚性桁架替代柔性主脊索,结构的中心拉环改为由钢管形成刚性拉环的刚化索穹顶结构,选取Kiewitt型索穹顶结构为研究对象,利用ANSYS有限元软件进行其性能分析,通过与传统的索穹顶结构分析比较,结果表明刚化索穹顶结构能较好的解决内圈脊索容易松弛、环梁截面设计大和施工要求高的问题。     

K6型弦支穹顶结构的静力性能分析

选用40,50,60和80m跨度的K6型弦支穹顶结构,利用大型有限元分析软件ANSYS,对结构的受力性能及结构参数如矢跨比、撑杆高度、环索布置方式、初始预应力大小等对其的影响进行了分析。研究结果表明,在上层网壳杆件压力满足要求的前提下,矢跨比宜为1/8~1/6,撑杆高度为2.5~3.0m,采用四环索布置且索的预拉力宜在200~300MPa之间。可对弦支穹顶结构静力性能分析以及更多的工程设计实践提供参考。     

Levy型索穹顶动力特性分析

对Levy型索穹顶的索杆膜模型进行了动力特性分析,通过改变索穹顶的预应力水平参数,研究其对索穹顶动力特性的影响,结果表明,随着预应力水平的增大,结构频率增大,结构刚度呈增大趋势.     

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。     

张弦穹顶的静力分析

介绍了张弦穹顶结构体系的构成,对张弦穹顶模型进行了线性和非线性有限元静力分析,并通过与单层球面网壳结构的对比,得出了有益的结论,研究了结构性能的影响因素,表明了张弦穹顶能更有效、更经济地跨越较大的跨度,应用前景广阔.     

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。     

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.     

联方-凯威特型弦支穹顶静力特性参数分析

应用ANSYS对新型的联方-凯威特复合型弦支穹顶结构进行静力性能参数分析,初步了解对这种形式弦支穹顶结构静力特性有影响的设计因素,可对联方一凯威特型弦支穹顶结构工程设计实践提供指导。     

索桁预应力穹顶结构静动力性能参数分析

索桁预应力穹顶结构是一种新型的空间结构形式．本文针对这一特定的结构形式，通过改变结构参数(矢高、预应力、布索方式)，得出其相应的静动力特性的变化规律，从而探明了结构的参数变化对其静动力特性的影响，得到一些有参考价值的结论．     

拉索对索-桁穹顶结构的敏感性影响分析

索-桁穹顶结构中拉索的施工是该种结构的难点和关键点.在实际施工中,拉索的初始预应力值往往难以与设计值完全一致,因此,研究拉索对索-桁穹顶结构的敏感性,指出具体拉索是否具有敏感性,对设计与施工均有指导意义.本文采用正交设计分析法,对索-桁穹顶结构中的拉索按L8建立正交表,分别研究了拉索对该种结构的静力、动力及稳定性的敏感程度.结果表明,外环索对结构的性能甚为敏感,内环索对结构的动应力较为敏感,而斜索对结构的稳定性十分敏感.     

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。     

葵花型索穹顶结构的多种施工张拉方法及其试验研究

施工张拉控制是索穹顶结构的关键技术之一,但是现有文献描述的施工方法往往过于复杂。为了促进索穹顶结构在实际工程中的成功应用,简化其施工过程非常必要。基于机构分析原理,本文以一直径为5m的葵花型索穹顶结构模型为研究对象,考察了索穹顶结构的三种施工张拉方法:张拉最外圈斜索成形法、张拉最外圈脊索成形法及张拉最外圈环索成形法。文中对上述三种施工方法进行了详细的试验研究,并将其与理论计算结果进行了对比分析,发现试验结果和理论分析吻合较好,证明了上述三种施工张拉方法是可行的。本文的试验研究有助于对该类结构的进一步研究和工程应用。