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.     

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Ⅰ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。     

双随机下刚性索穹顶结构的可靠性灵敏度分析

针对目前索穹顶结构研究中没有考虑荷载的随机性和结构本身的随机性的问题,采用基于正交设计响应面的Monte Carlo法对刚性索穹顶结构进行了双随机下的可靠性灵敏度分析.以一个跨度为60m,承受轴对称均布荷载作用的肋环型刚性索穹顶结构为例进行分析,得到了结构功能函数的响应面,进而采用Monte Carlo方法得到结构的失效概率以及各随机变量对于结构失效的灵敏度矩阵.结果表明,刚性索穹顶结构的失效概率较小,且应力控制的失效概率小于位移控制的失效概率,最外圈斜索的预应力水平、荷载、刚性杆件截面积对于结构失效较为敏感.在此基础上,与相应索穹顶结构比较,两种索穹顶结构的失效主要都是位移控制,且在位移控制下,最外圈斜索的预应力水平对于刚性索穹顶结构失效的敏感程度要比整体预应力水平对于相应索穹顶结构失效的敏感程度低,刚性索穹顶结构较相应索穹顶结构更为可靠.     

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。     

肋环型刚性索穹顶结构的静动力性能分析

为研究刚性索穹顶结构的性能,以跨度为60m的肋环型刚性索穹顶结构为例,分别对其进行在满跨和半跨均布荷载作用下的静力性能和动力性能分析,得到结构的固有频率及相应的振型,并与相应的肋环型索穹顶结构相比较,总结了杆件内力和位移的变化规律。结果显示在满跨均布向下荷载作用下,肋环型刚性索穹顶结构的性能较为优越;在半跨均布向下荷载作用下,肋环型刚性索穹顶结构的性能略有改善;在满跨及半跨均布向上荷载作用下,两者性能较为相似。肋环型刚性索穹顶并没有显著改变现有肋环型索穹顶的动力性能。     

任意半刚性连接空间梁单元的显式刚度

基于半刚性连接钢框架结构的基本假定，经过严格的数学推导进一步给出了半刚性连接空间梁单元的刚度矩阵和固端等效结点荷载的显式形式．各单元的连接刚度均由一组介于0～1之间的无量纲刚度因子表示，当这些因子取不同数值时，模型将分别退化为理想铰接结构和完全刚性连接的空间刚架，并可方便地分析任意连接的混合杆系结构(如空间受弯构件与轴向受力构件的组合结构)而无须增加任何计算工作量．通过算例证明了该模型的正确性．     

刚性网格索穹顶结构施工成型方法研究

刚性网格索穹顶结构施工成型过程中,其下部预应力索杆体系的成型与上部刚性网格的安装是一项非常关键的技术。在对国内外已建索穹顶结构施工成型方法进行总结的基础上,并结合国内在这方面取得的研究成果。提出了一种改进的索穹顶结构施工成型方法：索穹顶塔架提升索杆累积安装张拉成型方法。该方法可明显减小预应力拉索的牵引距离和牵引力,方便了拉索和撑杆的安装就位,施工过程中的安全性更易保证。     

开口式正方形刚性索穹顶的性能与灵敏度分析

针对索穹顶结构形式单一、脊索容易退出工作等问题,提出一种开口式正方形刚性索穹顶结构。以一个跨度为48 m,矢跨比为1/16的开口式正方形刚性索穹顶结构为例进行了性能分析,同时采用常用的Monte Carlo法分析其灵敏度。结果表明,在荷载作用下,节点位移变化平稳,且最大位移值较小。在位移控制下,对结构失效较为敏感的随机变量为刚性杆件截面面积、刚性杆件弹性模量和均布荷载。     

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     

葵花型索穹顶初始预应力分布的简捷计算法

葵花型索穹顶是美国工程师LEVY和JING在GEIGER设计的肋环型索穹顶基础上开发的一种新型穹顶,并应用于1996年亚特兰大奥运会主赛馆的屋盖结构———乔治亚穹顶。由于索穹顶结构的刚度由预应力提供,根据结构初始几何形状、构件的关联关系(拓扑)确定形成一定刚度的初始预应力是索穹顶设计首先要解决的问题。本文针对葵花型索穹顶结构提出了确定初始预应力分布的简捷计算法。该法从节点平衡关系入手,推导了不设和设有内环的葵花型索穹顶预应力杆内力一般性的计算公式。对特定参数的索穹顶结构还给出了内力计算用表。计算结果表明,随矢跨比增加,葵花型索穹顶的脊索、斜索和环索内力减小,竖杆内力增加;对应相同矢跨比,设有内环的葵花型索穹顶结构各类相应杆件内力比不设内环的内力小得多。