弦支穹顶结构环索预应力设计方法对比研究

选取几何法及撑杆控制面积法确定环索预应力比,选取支座径向位移相等准则及网壳顶点竖向位移相等准则确定环索预应力幅值,将它们进行交叉组合构成4个环索预应力设计方案。另外还选取刚性索法及改进刚性索法作为环索预应力设计方案。以2008年北京奥运会羽毛球馆屋盖弦支穹顶结构为背景建立了算例结构模型。以结构重量为目标函数,考虑构件的长细比约束、强度应力约束、稳定应力约束和结构位移约束,考虑12个设计荷载工况。基于上述6个环索预应力设计方案,采用ANSYS编程语言分别编制结构优化设计程序,以确定最优的环索预应力设计方案。研究结果表明:在弦支穹顶结构优化设计中,以撑杆控制面积法确定环索预应力比,以支座径向位移相等准则确定环索预应力幅值,所获得的结构重量最轻同时结构水平与竖向刚度也最大。     

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。     

弦支穹顶结构的形态分析

应用张力补偿法和逆迭代法对大跨弦支穹顶结构进行形态分析,通过与相关工程数据对比,验证了本文结构形态分析方法的有效性.对考虑或不考虑上部单层网壳结构的下部张拉体系形态分析方法的计算效率和精度进行了对比,给出针对弦支穹顶结构形态分析步骤的建议,并分析了自重及固有恒载对结构找力结果的影响.研究发现,可以仅对下部张拉体系进行找力分析,结构自重对找力结果影响较大.     

去索对无环索弦支穹顶静力性能的影响规律研究

无环索弦支穹顶结构的下部预应力索支体系较为繁冗,影响其整体受力性能且给施工造成一定困难,需要进行合理优化。以某体育馆60 m跨屋盖为实例,研究去索对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响。针对原结构下部三层预应力索支体系,设计了四种去索方案,综合分析不同去索方案对上部网壳结构总应变能、整体结构最大竖向位移和承载力的影响程度,确定最优去索方案。模拟最优去索方案对无环索弦支穹顶结构进行静力性能参数分析,研究撑杆高度、拉索索力、初始几何缺陷对结构刚度和承载力的影响。结果表明:去索位置越靠近中心,对上部单层网壳总应变能影响越小,对结构刚度和结构承载力的削弱越小,节约用钢量越少;去除第三层索对上部单层网壳应变能、结构刚度和承载力影响很小,建议在优化时优先考虑去除第三层索;第一层撑杆高度和第一层拉索预应力的增加可以使结构整体结构刚度显著变大,对结构承载力影响不大而对失效模式影响较大;第二层撑杆高度的变化对结构刚度无影响,对结构承载力和失效模式影响很小;第二层拉索索力的变化对结构刚度和承载力影响不大而失效模式影响较大;建议在优化时优先考虑调整第一层拉索和撑杆;初始几何缺陷对结构承载力影响较大,初始缺陷越大...     

弦支穹顶结构的稳定性分析

用非线性有限元法编制了稳定分析程序 ,进行了算例分析、验证。以跨度 3 5 4m、矢高 4 6m的弦支穹顶为例 ,用自编的程序和ANSYS进行了弦支穹顶的特征值屈曲、非线性屈曲分析 ,初始缺陷的影响分析和半跨荷载作用下的结构稳定性分析。同时 ,还讨论了撑杆长度对弦支穹顶结构稳定性的影响     

去索对无环索弦支穹顶静力性能的影响规律研究

无环索弦支穹顶结构的下部预应力索支体系较为繁冗,影响其整体受力性能且给施工造成一定困难,需要进行合理优化。以某体育馆60m跨屋盖为实例,研究去索对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响。针对原结构下部三层预应力索支体系,设计了四种去索方案,综合分析不同去索方案对上部网壳结构总应变能、整体结构最大竖向位移和承载力的影响程度,确定最优去索方案。模拟最优去索方案对无环索弦支穹顶结构进行静力性能参数分析,研究撑杆高度、拉索索力、初始几何缺陷对结构刚度和承载力的影响。结果表明：去索位置越靠近中心,对上部单层网壳总应变能影响越小,对结构刚度和结构承载力的削弱越小,节约用钢量越少;去除第三层索对上部单层网壳应变能、结构刚度和承载力影响很小,建议在优化时优先考虑去除第三层索;第一层撑杆高度和第一层拉索预应力的增加可以使结构整体结构刚度显著变大,对结构承载力影响不大而对失效模式影响较大;第二层撑杆高度的变化对结构刚度无影响,对结构承载力和失效模式影响很小;第二层拉索索力的变化对结构刚度和承载力影响不大而失效模式影响较大;建议在优化时优先考虑调整第一层拉索和撑杆;初始几何缺陷对结构承载力影响较大,初始缺陷越大结构承载力越低,而对结构失效模式影响不明显。     

弦支穹顶的静力性能分析

介绍了弦支穹顶结构体系的构成．对弦支穹顶模型进行了线性和非线性有限元静力分析，得出了有益的结论：研究了节点刚度、改变弦支穹顶的矢高及环索预拉力对结构性能的影响。研究表明弦支穹顶综合了单层球面网壳和张拉系统的优点，能更有效、更经济地跨越较大的跨度。     

圆柱面弦支穹顶Levy型与无环索型索系性能对比研究

针对温州某体育馆圆柱面弦支穹顶屋盖结构的索系选型,建立了Levy型索系方案和无环索型索系方案.探讨了两种方案的建筑美感,比较了两种方案的经济指标.采用MIDAS Gen软件建立模型分析结构在静力荷载作用下的杆件内力、节点位移和上部网壳应力,探讨了两种方案的结构刚度和索力分布特点.采用弧长法进行荷载-位移全过程分析,探讨...     

火灾下大跨度弦支穹顶结构的性能分析

基于实用大空间火灾空气升温经验公式及预应力钢结构材料高温力学模型,采用考虑时间积分效应的非线性有限元数值分析法,建立了用于大跨度弦支穹顶结构抗火性能分析的数值模型。通过对大跨度弦支穹顶结构的抗火分析,研究结构的温度场分布、位移和应力特征以及支座约束条件对结构抗火的影响。分析结果表明:在火灾作用下,大跨度弦支穹顶结构具有较好的抗火性能,结构的抗火薄弱区域位于上层网壳的中心区域;火灾下引起弦支穹顶结构产生较大变形的主要原因是环向约束作用、材料升温膨胀以及结构刚度的降低。     

预应力弦支穹顶结构的可靠性分析

弦支穹顶结构是一种刚柔并济的新型复合空间结构,工程应用逐渐增多。而有关弦支穹顶结构的可靠性研究,却由于大型结构体系的可靠性研究难度大、成果少,目前仍较缺乏。同时由于初始缺陷及预应力损失是预应力结构体系不可避免的,在充分考虑初始缺陷和预应力损失随机性的基础上,运用蒙特卡罗法,计算模型在稳定控制、挠度控制和杆件强度控制三种不同的失效模式下的失效概率,得出失稳破坏是结构的主要失效模式,从而确定弦支穹顶结构的失效概率。     

弦支穹顶结构的弹性稳定性分析

为了了解弦支穹顶在静力荷载作用下的稳定性能,采用有限元软件ANSYS对弦支穹顶的弹性和弹塑性稳定性能进行了对比分析,初步了解了弦支穹顶弹性与弹塑性稳定性能的主要差异,得出了一些对工程设计有用的结论。     

弦支穹顶结构的稳定承载力分析

弦支穹顶结构作为一种新型结构形式,与单层网壳相比,其刚度和稳定性都有了很大的提高;与索穹顶结构相比,施工过程更加简单易行。本文的研究对象为一跨度为40m的凯威特-联方型弦支穹顶结构,通过改变该结构的矢跨比、撑杆高度、预应力大小及上部网壳节点形式,来研究以上四个参数对结构稳定承载力的影响,以期为工程设计提供参考。     

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。     

施工误差对弦支穹顶结构性能的影响分析

文章基于概率统计理论,采用蒙特卡洛法,开展了弦支穹顶结构性能对施工中上部节点安装误差和下部环索预应力损失敏感性分析。对于上部网壳节点定位偏差,弦支穹顶整体结构对上部结构节点定位偏差最敏感位置为第一圈节点Z向定位,结构极限承载力最大下降率为36.67%。对环索预应力偏差在5%范围内、10%范围内及15%范围内的敏感性分析,研究表明弦支穹顶整体结构受力性能对最外圈环索预应力损失最敏感,构极限承载力最大下降率为6.6%。     

弦支穹顶预应力钢结构体系索与拉杆延性性能设计研究

预应力大跨度钢结构体系的大变形倒塌失稳极限状态是结构安全的控制因素,其基本构件索与拉杆的延性性能分析研究对结构体系的安全设计至关重要。索与拉杆分别经过冷作硬化处理和调质热处理后,构件强度大幅度提高,而延性性能大幅降低。本文以2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构工程为实例,在罕遇地震作用以及体系静力失稳极限状态下,对环索及径向拉杆的应力、变形性能进行分析研究。总结得出弦支穹顶结构"体系大变形,索杆小应变"的力学性能规律,证明了延性性能相对较差的索杆构件应用于弦支穹顶结构体系的安全性。     

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。     

弦支穹顶结构体系及其结构特性分析

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。概述了弦支穹顶结构产生的背景和结构原理 ,归纳了弦支穹顶结构体系的研究现状 ,分析了预应力和矢跨比的影响。同时介绍了弦支穹顶在国内外工程实践中的应用 ,并提出了需要深入研究的一些关键课题     

弦支穹顶结构影响因素非线性分析

弦支穹顶结构是一种新型杂交空间结构形式,本文通过对跨度为40m的K8型弦支穹顶结构进行几何非线性分析,分析了弦支穹顶结构在不同矢跨比,初拉力,竖杆长度等影响因素下模型竖向位移,水平推力,梁单元内力及索单元内力的变化规律。     

弦支穹顶结构的工程应用

弦支穹顶作为一种新型的预应力空间结构形式,凭借其高效的传力机制和优美的外形效果,已在国内外近20项实际工程中得以应用。对现有工程的跨度、上部网壳结构形式、下部张拉整体部分形式、预应力施加方式、撑杆上节点和撑杆下节点等工程进行总结。在此基础上,对结构的预应力设计方法、节点设计、预应力张拉、模型试验等内容进行分析,提出一些可供工程参考的建议。