索穹顶结构体系发展的回顾与展望(下)

3　索穹顶结构的找形分析从结构分析的观点看 ,索穹顶就是索 -杆组合的预应力铰接结构体系 ,属张拉整体结构。从几何构造分析的角度来看 ,结构也可分为两大类 :一类为几何刚性 ,即体系内部没有机构位移 ,结构必然稳定 ;另一类为几何柔性 ,体系内部含有机构位移 ,需进行稳定性判定。索穹顶一般都具有很强的几何非线性 ,它与索网结构一样 ,其分析包括两个重要阶段 :一是找形 (Form Finding)分析阶段 ,目的是得到自平衡的预应力几何形状 ;二是受力分析阶段 ,目的是求出在外部静、动荷载作用下结构的反应[5] 。索穹顶结构在施加预应力之前 ,其…     

索穹顶结构的分析、设计与施工

索穹顶结构与其他索系结构一样,必须施加预张力使之成形,而且结构的工作机理和特性依赖于自身的形状,没有合理的初始形态,结构就没有良好的工作性能。因此,成形分析对索穹顶结构显得尤其重要,换句话说,索穹顶结构的分析和设计,必须首先从成形分析开始,即所谓“找形”。     

索穹顶与张拉整体穹顶

本简要介绍了索穹机和张拉整体穹顶结构的起源、结构形式与特点、节点与其它连接邮件施工方法，并比较了它们的各自优缺点，说明了对不同的平面形状适用于采用不同的结构形式。     

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。     

穹顶结构体系

本文对穹顶结构的主要发展历程进行了介绍,重点地介绍了近期出现的一些杰出的穹顶结构工程和新的穹顶结构类型,在此基础上对穹顶结构进行新的分类。重点论述了网壳穹顶和张拉式穹顶的分析方法和手段。介绍了新的研究进展,并简要地介绍了穹顶结构的施工方法。     

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。     

索穹顶结构

本文首先分析了张力集成穹顶单元的几何形态，并基于此提出了索穹顶结构的几何及拓扑关系，介绍了几种穹顶结构的构成型式，归纳出了索穹顶结构的工作机理．     

索穹顶结构成形试验研究

本文对目前正在国内外引起广泛关注的大跨度空间索穹顶结构进行了成形试验研究，通过试验进一步明确了Gejger施工方法，同时分析了施工过程中桅杆的运动轨迹、结构维持形状及荷载刚度的初应力生成机理，对正确建立索穹顶结构设计理论及工程应用具有指导意义。     

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。     

索穹顶结构的理论分析及应用

针对索穹顶结构的概念及力学特性,在形态分析和非线性分析的基础上对索穹顶结构进行了理论分析,重点论述了三种常用的找形方法。简要介绍了索穹顶结构在我国的应用现状,并对其发展前景做了展望。     

索穹顶膜结构找形分析

索穹顶结构和覆盖膜结构均是由柔性材料组成,其成形及承载都依靠预应力来实现,故其设计首先需要进行找形分析。在对索穹顶膜结构的分离找形和整体找形进行对比研究的基础上,通过实例表明两种方法的计算结果差别很大,指出整体协同找形分析的必要性。     

索穹顶结构的预应力设计方法

作为一种预应力结构 ,索穹顶的刚度和承载能力都是通过施加预应力来获取的 ,因此 ,预应力设计是对索穹顶进行任何其它分析的基础。借鉴膜结构找形方法之一的力密度法的思路 ,可以得到索穹顶的预应力设计的方法 ,而且 ,还可以利用索穹顶本身的对称性条件和成形条件来进一步简化推导过程。通过分析发现 ,预应力设计的结果实际上就是一个齐次线性方程组的解空间。应用这一方法对一典型的辐射形索穹顶算例进行分析 ,得到了其初始预应力分布     

索穹顶结构施工成型过程误差控制及调节方法

首先对索穹顶结构施工成型过程中可能存在的各种误差进行了分析,然后就实际工程中的施工误差控制范围进行了讨论,最后结合国内拉索的制作工艺,对拉索的下料方法和拉索调节装置的调节范围给出了建议。     

索穹顶结构模型试验研究

本文在进行了几何非线性有限元分析计算的基础上,设计了索穹顶结构的试验模型,采用模型计算、模型测试的对比方案进行模型结构试验研究。内容包括受压杆件的稳定性设计、节点设计、钢索锚固、模型架设过程中钢索的张拉工艺及张拉顺序等。然后,分别在预张状态和加载状态下对模型的拉索张力、屋顶垂度进行了测试,并与计算结果作了对比分析。     

索穹顶结构的动力特性计算分析

本在索穹顶结构静力计算的基础上,根据几何非线性原理,考察索穹顶结构在平衡位置作微小振动时,利用“摄动”理论和子空间迭代法,计算出肋环型索穹顶结构的低阶频率和相应的振型。并对结构频率随预张力和钢索截面的变化作了计算分析,绘出相应的关系曲线。分析表明,本所采用的分析方法和计算结果对索穹顶结构的应用和动力响应研究有参考价值。     

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