碳纤维索穹顶结构抗震性能评估研究

发布时间：2020-05-05 19:22

【摘要】：索穹顶结构体系起源于Fuller张拉整体思想,是一种轻盈、高效的预应力大跨空间结构体系。体系中大部分构件处于受拉状态,能够充分发挥钢拉索的性能。受压构件少内力小从而能够尽量避免结构失稳现象的出现。碳纤维复合材料的密度约为钢材的1/5,强度优于钢材,同时其耐腐蚀性、耐疲劳性能也均强于钢材,对大跨空间结构而言是一种较理想的轻质高强材料。将碳纤维复合材料与索穹顶结合能够充分发挥两者的优势,形成更加轻盈的结构,对抗震有利。但目前将碳纤维复合材料与索穹顶结构体系相结合的研究尚少,尚无对碳纤维索穹顶结构进行振动台试验研究。本文基于实际工程结构,设计了一直径5.4m的碳纤维索穹顶结构的缩尺模型,国内首次对其进行了振动台试验,并结合数值模拟方法对模型进行了研究,主要内容如下:完成了试验模型的索杆构件、锚具、节点、张拉装置以及刚性连接底座的设计制作。根据现有研究及本模型的几何位形及碳纤维复合材料构件的实际情况,确定了碳纤维索穹顶的初始态预应力水平。设计了碳纤维索穹顶结构模型的安装与张拉成形方案,并成功完成了模型的安装及张拉成形。设计了试验的测量方案。对碳纤维索穹顶的自振频率进行了测量。进行了多工况下的振动台试验,包括不同类型地震波(近场波、典型波、长持时波)下结构的响应进行了测量,对比了模型试验结果与数值模型结果的差异,结果表明试验结果与数值模型吻合较好。设计了不同的结构参数,分析了这些参数对碳纤维索穹顶结构的自振频率和地震响应的影响。结果表明初始预应力对结构动力性能的影响最大。对不同类型地震波下、对不同峰值的同一地震波作用下结构的加速度响应、内力响应、位移响应进行了振动台试验,分析比较了结构的抗震性能与地震波特性的关系。结果表明地震波低频段傅里叶幅值及其占比和PGA/PGV大小与结构的动力响应关联较大。结合前文的结果,并根据IDA法思想,建议了结构的抗震性能评估参数,并对结构进行了抗震评估。结果表明碳纤维索穹顶结构具有良好的抗震性能。
【图文】：

图 1-1 部分已建成索穹顶.1.2 索穹顶结构特点索穹顶结构体系是一种空间铰接的索杆结构体系，其由连续的拉索和不连续的压杆组成，无多余约束，能够自平衡[4-5]。索穹顶结构属于预应力张拉结构，其存在三个状态状态、初始态和荷载态。零状态指结构位于安装初始位置状态，此时结构内部无应力始态是指将结构从零状态张拉至设计位置和设计内力时结构的状态；荷载态是指结构态承受相应荷载后，结构的位形状态和内力状态[6]。索穹顶结构在从零状态张拉初始态的过程中刚度从无到有、逐渐增大。由于自身的衡特性，索穹顶结构在张拉成形的过程中能够不断调整结构内部预应力的分布状态以构的几何外形。在从初始态到荷载态的过程中，脊索开始松弛，力流经过压杆传至下系，再传给周边压力环，环索和斜索成为主要受力构件，刚度随之不断改变[4]。总之，索穹顶结构总体有如下几个特点[7]：（1）索穹顶结构中的拉索处于连续的张力状态。（2）索穹顶结构本身几乎无刚度，其刚度由预应力产生。索穹顶性能的重要影响因

第 1 章 绪论（1）Geiger 型[1]Geiger 型索穹顶以中心放射状布置的脊索为特点，结构简单、施工便利、对误差不感。但由于其上部脊索缺乏环向的连系造成平面外刚度较小，一般适用于均布荷载作用的圆形平面屋盖结构。实际运用中由于盖膜需要，常在两根脊索间设置谷索，用于支承膜
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU399;TU352.11

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本文编号：2650634