弦支穹顶结构设计分析

弦支穹顶结构设计分析作者：彭添，刘振华，刘祥宇作者单位：山东大学,济南,250061刊名：钢结构英文刊名：STEELCONSTRUCTION年，卷(期)：2010，25(6)被引用次数：0次参考文献(6条)1.黄明鑫.大型张弦梁结构的设计与施工[M].济南:山东科学技术出版社,2005.2.崔晓强,郭彦林.Kiewitt型弦支穹顶结构的弹性极限承载力研究[J].建筑结构学报,2003,2(1):74-79.3.张明山,董石麟,张志宏.弦支穹顶初始预应力分布的确定及稳定性分析[J].空间结构,2004,6(3):8-12.4.李永梅,张毅刚,杨庆山.索承网壳结构施工张拉索力的确定[J].建筑结构学报,2004,25(4):76-81.5.陈志华,李阳,康文江.联方型弦支穹顶研究[J].土木工程学报,2005,5(5):34-40.6.鲍华.大跨度网壳屋盖结构动力特性及地震反应分析[J].钢结构,2009,24(2):1-3.相似文献(10条)1.会议论文丁洁民.杨晖柱.张其林.王洪军某体育馆弦支穹顶钢结构的弹塑性分析与设计2006某体育馆钢屋盖为大跨度弦支穹顶结构.对结构布置和构件的尺度进行了研究,探讨了拉索的预拉力取值原则,设计了结构的预应力初始态,分别进行了弹性和弹塑性极限承载力计算分析.发挥了弦支穹顶结构体系的优势,符合结构设计的各项规定,同时又很好地满足了建筑设计的要求.对弦支穹顶结构体系的推广应用具有一定的参考价值.2.学位论文张明山弦支穹顶结构的理论研究2004弦支穹顶结构是由上部的单层网壳结构和下部的张拉索杆体系组合而形成的新型自平衡体系,由于其造型新颖、美观,具有非常广阔的工程应用前景.近几年中国对弦支穹顶结构的研究刚刚起步,在理论方面还没有全面、深入的研究成果.该文从理论上对弦支穹顶结构进行了系统、深入分析.首先,在大量查阅国内外文献的基础上,对弦支穹顶结构的发展历史和现状进行了描述,并扼要的介绍了其目前的工程应用.其次,根据弦支穹顶结构的构成,详细论述了弦支穹顶结构的原理、特点和分类.最后确定了论文的主要研究工作.提出了基于将上部单层网壳和下部索杆体系两部分结构分块的新的分析方法-局部分析法,可以解决弦支穹顶结构的初始预应力分布的确定问题.结合整体可行预应力的概念,并考虑结构自身的拓扑关系,采用平衡矩阵理论方法和线性静力分析法,对弦支穹顶结构的初始预应力分布的确定进行简化.根据局部分析法的思路,编制了相应的程序.该文对初始态下的Kiewitt型弦支穹顶结构在竖向荷载作用下的静力特性进行了深入分析,并同单层网壳结构静力特性进行比较;为了掌握各个参数对静力特性的影响程度,进行了参数分析.该文对初始态下的Kiewitt型弦支穹顶结构静力稳定性进行了分析.采用非线性有限元理论,结合牛顿荷载增量法和柱面弧长法的跟踪技术,对Kiewitt型弦支穹顶结构进行了考虑几何非线性的全过程分析;为了掌握各个参数对静力稳定性的影响程度,进行了参数分析.该文采用振型分解反应谱法和时程分析法两种方法,对Kiewitt型弦支穹顶预应力结构的水平和竖向地震作用下的地震效应进行计算分析,并同现行的规范和规程的规定方法-10％重力荷载代表值简化法计算结果进行了比较分析.该文采用了遗传算法对弦支穹顶结构进行了预应力优化设计.从随机产生的初始种群出发,通过选择、杂交及变异等遗传算子,使种群一代一代地进化到最优解.该文采用二级优化的步骤对径向约束反力和上部杆件轴力两个优化目标同时进行了预应力优化,并编制了相应的程序对联方型和Kiewitt型弦支穹项结构进行了预应力优化设计.该文提出了施工反分析法对弦支穹顶结构进行了施工全过程分析.该方法从弦支穹顶结构设计理想成形状态(初始态)出发,以成形时索、杆内力和几何状态为初值,按照一定施工顺序依次拆除各圈索杆,从而确定各个阶段的结构施工控制参数(包括索力和坐标),最终确定结构的零状态.论文最后对上述研究内容及成果做了总结,并提出了今后有待解决的其他关键问题.3.会议论文杨晖柱.张其林.丁洁民.王洪军某大跨度弦支穹顶钢结构屋盖的计算分析2006某大跨度弦支穹顶钢结构屋盖平面为正六边形,净跨度87.757m,矢高比约1/6.分别对结构的预应力初始态和荷载态进行了非线性计算分析,考察了结构的整体受力性能;通过与对应的无拉索网壳结构的对比,揭示了预应力拉索对整体结构的影响方式和效果.分析结果表明该弦支穹顶结构布置合理,传力路径简洁明了,受力性能良好.4.会议论文杨晖柱.丁洁民.王洪军.张其林.罗晓群安徽大学体育馆弦支穹顶钢屋盖结构的设计2005拟建的安徽大学体育馆钢屋盖为大跨度弦支穹项结构。对结构布置和构件的尺度进行了研究，以充分发挥弦支穹项结构体系的优势。对该结构的预应力初始态进行了研究，对结构的荷载态分别进行了弹性计算和弹塑性极限承载力计算，设计了预应力拉索节点的形式。对弦支穹顶结构体系的推广应用具有一定的参考价值。5.学位论文王永泉大跨度弦支穹顶结构施工关键技术与试验研究2009弦支穹顶结构是由上部钢网壳与下部索杆体系组合而成的一种新型预应力空间钢结构体系，其兼有网壳和张弦结构的优点且克服了部分缺点，在20世纪90年代初一经提出，就在实际工程中得以应用。本文在总结国内外已有研究成果的基础上，以作者参与实际结构建造的常州体育会展中心体育馆和济南奥体中心体育馆这两座典型的大跨度弦支穹顶钢屋盖结构为工程背景，并结合高矢跨比椭球形弦支穹顶的模型试验和节点试验，以大跨度弦支穹顶结构的施工技术为主要研究对象，着重对大跨度弦支穹顶结构预应力施工零状态的确定、拉索等效预张力的确定、施工全过程分析、拉索制作和误差调整、张拉工艺、施工控制项目的确定等进行了较为系统的研究。在大量阅读国内外有关文献的基础上，对弦支穹顶结构的产生、发展及理论与试验研究等进行了描述，并扼要地介绍了弦支穹项的工程应用现况。在总结已有文献关于弦支穹顶施工技术研究的基础上，确定了本文的主要研究内容。根据弦支穹顶的结构特点，对其有限元分析单元的组成、非线性增量平衡方程及有限元基本方程的建立以及非线性方程组的求解方法等进行了介绍，为弦支穹顶的静力性能和施工力学分析研究提供了理论依据。对大跨度椭球形和圆球形弦支穹顶结构的静力性能、稳定性能和自振频率分别进行了分析，并与去除了下部索杆体系的上部钢网壳结构性能进行了对比分析。结论指出，对高矢跨比的弦支穹顶结构而言，由于上部钢网壳自身刚度较大，预应方索杆体系对结构整体刚度的贡献较小；大跨度弦支穹顶在设计阶段应考虑温度荷载的作用并选择合理的合拢温度；预应力拉索的施工对弦支穹顶下部支承体系的受力影响较大，结构设计与施工阶段均应对下部支承体系进行计算复核；预应力索杆体系的引入提高了上部单层网壳的极限承载能力，但弦支穹顶结构仍对初始缺陷较为敏感，建议采用一致缺陷模态法作为本文两类弦支穹顶结构的安装初始缺陷引入模式。最后指出，大跨度弦支穹顶的预应力施工必须建立在对结构性能充分把握的基础之上。根据弦支穹顶设计初始态的结构位形要求，分别推导了弦支穹顶整体结构和索杆子结构施工零状态找形分析的迭代公式，编制了相应找形分析的流程图，并结合大型有限元软件ANSYS平台中的APDL语言编制了找形分析的程序。提出针对整体刚度较小的全结构施工零状态找形分析方法，即通过逆迭代法反向修正结构施工零状态的节点坐标，从而使施工初始态的结构形状满足设计要求；针对上部网壳刚度较大的弦支穹顶结构，提出了索杆系子结构施工零状态找形的概念和方法；分别以常州体育会展中心体育馆和济南奥体中心体育馆为算例，验证了本文所提出的整体结构和索杆子结构施工零状态找形分析方法的正确性、适用性。对弦支穹顶结构预应力施工过程分析的关键参数——拉索等效预张力的确定方法进行了系统地总结和研究。对已有的增量比值法和定量比值法进行了分析和推导，给出了两种方法理论公式的推导过程和基本假定；基于不同的假定，提出了补偿法和退化补偿法，并衍生出混合退化补偿的增量比值法(简称混合法)。通过理论公式推导，确定了各方法的迭代公式，编制了各迭代分析方法的计算流程图，并结合大型有限元软件ANSYS平台中的APDL语言编制了各迭代分析方法的计算程序。根据各自的假定、迭代公式和迭代过程，对比了各方法的特点和所适用的范围，通过济南奥体中心体育馆的工程应用，对比了用于拉索等效预张力确定的各种迭代方法的收敛速度，并对本文所提出的方法予以验证。由于拉索制作长度既不能完全等同于安装时的长度，也不能等同于张拉至结构成形后的长度。因此，本文提出了分别基于索力和等效预张力的有应力制作索长的计算方法，以及与两者相对应的无应力制作索长的计算方法。结论指出，与基于索力和等效预张力的有应力制作索长相对应的无应力制作索长是一致的。考虑到弦支穹顶预应力施工前期准备阶段多工作的协调，向拉索生产单位提供基于等效预张力的制作索长更加方便。对大跨度弦支穹顶施工全过程分析的目的和方法进行了总结，并在已有方法的基础之上提出了基于等效预张力的正算法。由于弦支穹顶上部钢网壳为超静定结构，指出施工环境温度对初始态的影响以及设计与施工初始态相互转变的非保守性，并提出了考虑施工环境温度影响的设计与施工初始态相互转变的迭代正算法。通过算例分析，验证了该方法的正确性和适用性。对大跨度弦支穹顶预应力施工工艺进行了系统性的研究，包括拉索制作、拉索安装和张拉工艺等。结合径向索张拉方法，提出了基于结构几何拓扑关系的索长误差调整方法，并应用于实际结构。结合弦支穹顶结构的索杆系构成，对被动张拉技术进行了详细的阐述。以常州体育馆和济南体育馆的实际建造过程为例，介绍了施工方案选择、张拉顺序和控制程序、索夹构造和张拉机具等。提出了误差影响因子的概念及其计算方法用于确定弦支穹顶预应力施工的主控项目，并通过工程应用，验证了其合理性。对弦支穹顶施工控制目标值的确定进行了研究，采用参数分析方法对索力控制目标值的确定进行了研究；采用参数分析方法、几何拓扑关系分析方法以及基于施工允许偏差兼容性的概率分析方法，对撑杆垂直度控制目标值的确定进行了研究。对目前弦支穹顶预应力施工的现场测试方法进行了归纳，并以济南体育馆为例，对测试结果进行了分析。对高矢跨比的椭球形弦支穹顶进行了模型试验研究。试验内容包括模型的加工制作、张拉成形方法以及静力加载试验，其中，张拉成形方法包括撑杆顶撑法和环索张拉法。将试验结果与有限元计算结果进行对比分析，验证了有限元计算分析的正确性。另外，为确定该结构预应力施工时索夹节点处的摩擦损失以及索夹的承载能力，对索夹足尺模型进行了摩擦损失和承载能力试验，并对试验过程中各索杆内力进行了测试，验证了结合可滑动索夹的环索张拉法的可行性。关键词：弦支穹顶，结构性能，施工力学分析，施工全过程分析，施工工艺，施工控制，模型试验，索夹试验6.期刊论文张爱林.黄冬明.张传成.于劲.ZhangAilin.HuangDongming.ZhangChuancheng.YuJin弦支穹顶施工全过程分析-工业建筑2007,37(4)弦支穹顶结构是一种刚柔杂交的预应力钢结构体系,实际工程少,施工经验不足,针对此结构的施工过程分析显得十分重要.基于非线性有限元原理,区分弦支穹顶结构的初始态和几何零状态,指出弦支穹顶的施工过程是结构从几何零状态到初始态的连续变化的过程,可以采用张力松弛法进行施工过程的模拟分析.通过分析2008年奥运会羽毛球馆屋盖的工程实例,考虑施工场地条件,确定下部索杆的张拉顺序,对结构施工进行全过程模拟分析.7.学位论文黄冬明弦支穹顶施工过程中预应力优化设计与试验研究2007预应力空间钢结构是预应力技术与空间结构体系相结合而衍生出来的新的结构形式，具有良好的受力性能。弦支穹顶结构是近二十年发展起来的新型预应力空间钢结构体系。通过对下弦索施加预应力，使上层网壳产生与荷载作用相反的内力和位移，增强结构的整体稳定性。与索穹顶体系相比，预应力度较低，而且上层网壳本身是超静定结构，存有一定刚度，索预应力的施加相对简单。弦支穹顶结构实际工程少，施工经验不足，针对此结构的施工过程分析和预应力优化十