在役双层网壳结构荷载变更后力学性能研究

发布时间：2020-04-29 09:29

【摘要】：随着社会不断发展,大跨度空间网壳结构运用的越来越广泛。网壳结构与传统结构相比,结构形式简单,受力合理,布置规律,生产、运输和安装都较为方便,因此发展的速度异常迅猛。随着时间的推移,部分网壳结构由于损伤或者社会的需求不得不进行结构改造,这就可能导致结构受力局部突然改变而发生破坏,局部构件的失效常常引起整个结构的坍塌,从而造成较大事故。本文结合天津体育馆LED屏吊装改造工程,研究由于荷载突然变更导致结构局部受力突然增大状况下结构的整体安全性,从而判断是否需要对结构进行额外的加固维修,为后续进一步研究提供依据。本文结合天津体育馆双层网壳结构改造工程,主要研究内容及结论如下:(1)在结构初始应力和初始位移未知的情况下,通过现场静力加载试验研究,可以得出结构杆件内力与节点位移的变化情况,初步判断结构在静力作用下的工作状况,为本文后续研究奠定基础。(2)通过有限元建立网壳结构的有限元模型,对双层网壳荷载变更后的杆件应力和节点位移变化值进行模拟,验证有限元模拟的准确性。再通过有限元模拟结构在实际荷载工况下杆件应力与节点位移的绝对值。通过对比分析发现结构满足88版《钢结构设计规范》要求而不满足2003版《钢结构设计规范》要求的原因是新老规范对于钢材强度分组的不同。针对这种情况提出应当按照新规范校核结构的观点,并提出采用套管加固的方法来解决这类问题。(3)通过有限元模拟吊装改造完成后的状态。采用时程分析法进行结构的抗震性能分析,得出了结构在1/4跨度处位移响应最大,在荷载变更位置附近内力响应最大的结论,为后续的进一步研究提供了一定的依据。(4)建立吊屏有限元模型,模拟吊装改造完成后吊屏在地震作用下的摇摆的状态,对比研究了吊屏摆动状态下和静止状态下结构在地震作用下的杆件应力和节点位移情况,得出了吊屏摆动对于结构本身抗震性能的影响较小的结论。
【图文】：

网壳,雪压

国内外空间网壳结构发生的严重安全事故数不胜数。例如:1963 年罗马尼亚布加勒斯特市的一个大跨度的单层网壳结构在一场大雪后发生了彻底坍塌[6]，灾难后对现场的鉴定结果显示其主要原因是由于局部构件在雪压力作用下发生破坏导致结构的整体失稳而最终坍塌(如图 1 -1)。1978 年，美国纽约州布鲁库维尔市会堂同样也是因为一场大雪而发生坍塌。这座会堂为空间网壳弯顶，网壳结构高 61m，其直径大约为 52m。同年，美国康涅狄格州哈特福特中心体育馆在一场大雪过后，因雪荷载作用，一些杆件无法承受雪压力而发生压曲破坏从而引起一系列连锁反应，整个屋顶突然倒塌[7]。该体育馆屋盖长为 91.4m，宽为 109.7m，整个结构占地面积达到 1 万多平方米，整个体育场能容纳 1 万余名观众。这次事故可以说是一个非常典型的网壳倒塌破坏实例，在工程界引起了相当大的震动。1992 年，中国深圳国际展览中心遭受连续的暴雨，屋面因为积水过多无法及时排除导致屋面所受荷载瞬间加大，整个结构无法承受突然增大的荷载而发生整体倒塌。该展厅为螺栓球节点网壳结构，整体面积达 7200m2。

国内外空间网壳结构发生的严重安全事故数不胜数。例如:1963 年罗马尼亚布加勒斯特市的一个大跨度的单层网壳结构在一场大雪后发生了彻底坍塌[6]，灾难后对现场的鉴定结果显示其主要原因是由于局部构件在雪压力作用下发生破坏导致结构的整体失稳而最终坍塌(如图 1 -1)。1978 年，美国纽约州布鲁库维尔市会堂同样也是因为一场大雪而发生坍塌。这座会堂为空间网壳弯顶，网壳结构高 61m，其直径大约为 52m。同年，美国康涅狄格州哈特福特中心体育馆在一场大雪过后，因雪荷载作用，，一些杆件无法承受雪压力而发生压曲破坏从而引起一系列连锁反应，整个屋顶突然倒塌[7]。该体育馆屋盖长为 91.4m，宽为 109.7m，整个结构占地面积达到 1 万多平方米，整个体育场能容纳 1 万余名观众。这次事故可以说是一个非常典型的网壳倒塌破坏实例，在工程界引起了相当大的震动。1992 年，中国深圳国际展览中心遭受连续的暴雨，屋面因为积水过多无法及时排除导致屋面所受荷载瞬间加大，整个结构无法承受突然增大的荷载而发生整体倒塌。该展厅为螺栓球节点网壳结构，整体面积达 7200m2。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU399

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