类椭圆形弦支穹顶布索方式研究

发布时间：2017-10-05 06:26

  本文关键词：类椭圆形弦支穹顶布索方式研究

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【摘要】：本文以宿迁运河体育馆类椭圆弦支穹顶为背景工程,基于前期类椭圆弦支穹顶结构优化研究成果,在对类椭圆弦支穹顶结构的边界曲线拟合、网格划分等问题进行深入研究的基础上,对多种布索方式展开系统研究,主要结论如下：1、采用基于四心圆法的平行环肋型网格划分方法,类椭圆弦支穹顶上部网壳网格质量高,下部索杆体系布置规则,通过参数调整可适应不同的建筑外形和柱网布置,是一种设计及施工均简便可行的网格划分方式。2、椭圆的长、短轴长度给定的情况下,弧长比是控制穹顶外形及柱网尺寸的关键参数,通过调整弧长比,可得到一系列形状类似的类椭圆弦支穹顶,其内力和位移分布均有如下特点：压力最大杆件在长轴最外圈圆弧处,拉力最大杆件在短轴最外圈圆弧处,拉力和压力变号的位置在圆弧分段点附近。竖向变形在长半轴处上凸,在短半轴处下凹。3、与圆形弦支穹顶不同,四心圆法类椭圆弦支穹顶不是中心对称结构。在预应力和竖向荷载共同作用下,各周边支座沿半径方向的水平位移近似正弦曲线变化,在长半轴处向内位移最大,短半轴处向外位移最大,传给下部支承结构的水平力明显大于圆形弦支穹顶。应通过调整下弦布索方式来改善穹顶在各方向上的受力、变形差异,改进四心圆法类椭圆弦支穹顶的受力性能。4、采用变拉索数量、变撑杆角度和台阶形布索方式,可改善四心圆法类椭圆弦支穹顶在各方向上变形不协调的程度,但效果不明显。采用本文提出的马鞍形布索方式,可以基本消除四心圆法类椭圆弦支穹顶在各方向上的变形不协调,实现竖向荷载和预应力共同作用下各支座处径向位移同时达到近似为零的目标。5、通过理论推导和算例验证,得到马鞍形索杆体系的基本原理。支座径向位移与撑杆高度成比例,在长半轴圆弧处,与撑杆高度成正比；在短半轴圆弧处,与撑杆高度成反比。6、马鞍形索杆体系是以平行环肋型索杆体系为基础,通过调整撑杆高度形成空间马鞍形而得到的,调整的原则为：采用逐圈自平衡的方法,从内圈向外圈逐圈调整。在每圈的调整中,首先求出圆弧分段点处径向位移为零状态的周圈径向位移分布,保持分段点处撑杆高度不变,根据支座径向位移的比例关系调整对应位置的撑杆高度。从分段点向长轴方向,逐渐减小撑杆高度,在长轴顶点处达到最小；从分段点向短轴方向,逐渐增大撑杆高度,在短轴顶点处达到最大。7、对类椭圆凯威特型、肋环型和平行环肋型弦支穹顶的受力性能对比分析表明,虽然类椭圆凯威特型和肋环型弦支穹顶拉索及网壳内力更小,但其环向索内力相差较大,在工程应用中斜索的索夹需要承受较大的抗滑力,在弦支穹顶中实际应用有不小的困难。8、采用马鞍形布索方式的类椭圆平行环肋型弦支穹顶结构,拉索内力分布均匀,竖向变形小,对支承结构要求低,弹性屈曲和弹塑性极限承载力均较好。虽然存在拉索及网壳内力偏大,自振周期偏长的缺点,综合判断优势仍比较明显,同类工程应用中可优先考虑。
【关键词】：类椭圆弦支穹顶 四心圆法 网格划分 布索方式 马鞍形索杆体系
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU399
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 弦支穹顶结构的工作原理12-13
• 1.3 弦支穹顶结构的分类及对应布索方式13-15
• 1.4 弦支穹顶结构在工程中的应用15-16
• 1.5 弦支穹顶结构的研究现状16-20
• 1.5.1 静力及稳定性17-18
• 1.5.1.1 国外研究现状17
• 1.5.1.2 国内研究现状17-18
• 1.5.2 动力特性18-19
• 1.5.2.1 国外研究现状18
• 1.5.2.2 国内研究现状18-19
• 1.5.3 布索方式19-20
• 1.5.3.1 国外研究现状19-20
• 1.5.3.2 国内研究现状20
• 1.6 工程背景及主要工作20-24
• 1.6.1 背景工程介绍20-21
• 1.6.2 本文主要工作21-24
• 第二章 基于四心圆法的类椭圆弦支穹顶网格划分及优化研究24-52
• 2.1 引言24
• 2.2 基于四心圆法的类椭圆弦支穹顶网格划分方法24-33
• 2.2.1 网壳网格划分24-26
• 2.2.1.1 网壳网格划分方法24-25
• 2.2.1.2 平行环肋型网格划分方法25-26
• 2.2.2 多段圆弧拟合椭圆的方法研究26-31
• 2.2.2.1 四心圆作图法26-27
• 2.2.2.2 八段圆弧作图法27-28
• 2.2.2.3 弧长可控的四心圆解析法研究28-31
• 2.2.3 基于四心圆法的类椭圆弦支穹顶网格划分31-33
• 2.3 受力分析及优化33-47
• 2.3.1 预应力确定方法33-37
• 2.3.2 截面优化方法37-38
• 2.3.3 截面优化及静力分析38-47
• 2.3.3.1 曲率半径40
• 2.3.3.2 上部网壳平面投影面积40
• 2.3.3.3 截面优化40-42
• 2.3.3.4 静力分析42-47
• 2.4 四心圆法网格划分的优点与不足47-48
• 2.4.1 优点48
• 2.4.2 不足48
• 2.5 本章小结48-49
• 附表一：截面离散变量表49-52
• 第三章 基于四心圆法类椭圆弦支穹顶的布索方式研究52-78
• 3.1 引言52
• 3.2 布索方式52
• 3.3 变拉索数量52-62
• 3.4 变布索圈数62-63
• 3.5 变撑杆角度63-70
• 3.5.1 撑杆角度对支座径向位移的影响63-67
• 3.5.2 改变撑杆角度的机理研究67-70
• 3.6 变撑杆高度70-77
• 3.6.1 台阶形布索方式70-74
• 3.6.2 马鞍形布索方式74-77
• 3.7 本章小结77-78
• 第四章 马鞍形索杆体系的设计方法研究78-98
• 4.1 引言78
• 4.2 马鞍形布索方式调整支座径向位移的基本原理78-83
• 4.2.1 撑杆高度变化量的理论推导78-80
• 4.2.2 撑杆高度修正方法80-82
• 4.2.3 算例82-83
• 4.3 设计流程83-84
• 4.4 静力性能84-90
• 4.5 动力性能90-93
• 4.5.1 模态分析方法90-91
• 4.5.2 自振特性91-93
• 4.6 稳定性分析93-96
• 4.6.1 基本原理93-94
• 4.6.1.1 线性屈曲分析法93-94
• 4.6.1.2 非线性屈曲分析法94
• 4.6.2 线性屈曲分析94-95
• 4.6.3 非线性屈曲分析95-96
• 4.7 设计建议96-97
• 4.8 本章小结97-98
• 第五章 结论与展望98-100
• 5.1 全文总结98-99
• 5.2 后续展望99-100
• 参考文献100-104
• 攻读硕士学位期间发表的论文104-106
• 致谢106

【参考文献】

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本文编号：975270