体育场拱支索拉式挑篷体型优化设计研究

发布时间：2020-04-08 03:58

【摘要】：已建成的拱支索拉式体育场中,垂直、外倾以及交叉的主拱均有采用,但对于内倾主拱方面的研究及应用极少,本文以潍坊市某体育场投标方案采用的内倾式拱支索拉挑篷结构为背景工程,针对挑篷静力性能及体型参数展开研究。开发了多参数模型的自动分析处理程序在索力优化、拱截面优化的基础上,通过参数化分析找出屋盖形状、索拱体型参数对索拱体系静力特性的影响,主要工作如下:1、拱支索拉式挑蓬结构为高次超静定,索力间相互影响使最优索力求解困难,以拱弯曲应变能作为优化目标,采用影响矩阵法考虑索力间相互影响,迭代求解最优索力的方法,精度和稳定性较高,为体型的参数化分析提供了可靠的基础。2、针对屋盖形状的研究发现:对两端看台屋面,若直接在内环梁上设置拉索吊挂点,会导致端部拉索效率低内力大,进而在主拱内产生很大的弯矩。将端部吊挂点设置在主看台内环梁延长线上,可以大大改善两端屋面的吊挂效果,显著降低端部拉索内力和拱弯矩,是一种更合理有效的拉索布置方式。3、拱支索拉式挑篷结构体型参数众多、各参数与整体性能指标间难以用显式的函数关系表达,开发的基于MATLAB平台的多参数模型自动分析处理程序,可实现对数千个模型的自动化建模、分析、优化及结果显示,大大提高了分析效率,也为找出各参数间的相互影响提供了便利。4、对比了拉索在拱上等间距或竖直面两种布置方式,发现拉索沿竖直面布置更优。受拱边缘与外环梁相对位置所限,端部拉索需要多索共用同一外环梁上吊点。采用等间距布索时,吊挂点间距对拱承受的弯矩影响显著,需进行优化。5、针对拱高度的研究发现:拱高度在60m~95m范围内变化时,拱跨高比在1/3.8~1/2.4之间,随拱高增加,拱弯曲应变能先减小后增大,拱高80m时弯曲应变能最小;随拱高增加,索拱用钢量增大,索力分布更加均匀,边索吊挂效率明显提高,但拱高超过85m后,索力不再明显变化。因此,拱高度取值范围为65m~85m,对应的拱的跨高比范围为1/3.5~1/2.68,受弯最小的拱高为80m,对应跨高比为1/2.85。6、通过对拱轴线的研究发现:拱弯曲应变能与拱轴线密切相关,拱轴线为悬链线或形状近似的抛物线时,拱弯曲应变能和用钢量最小,主拱合理倾角的可选范围也较大。7、主拱间距和倾角是影响拱弯曲应变能和索拱用钢量的主要因素,同侧拱脚连线的最优位置在主看台屋盖内缘至1/2跨度范围内。主拱间距不变时,拱倾角过大或过小均会导致弯曲应变能和索拱用钢量的增加,每个主拱间距对应一个最优倾角。主拱间距增大时,对应的最优倾角也逐渐增大,最大可达16~0。8、按主拱间距与最优倾角的对应关系,将不同间距、倾角的一系列主拱侧立面绘制在同一图上发现:这些投影线近似交于一点,交点高度约在4/5拱高,水平投影约在主看台屋面内缘1/10跨度处,近似在主看台区屋盖重心处。利用这一特性,过交点做斜线即可得到主拱的近似最优位置。9、对主拱间距和倾角优化后发现:体育场挑篷采用内倾拱是经济合理的。
【图文】：

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悬挑式挑篷结构简化模型

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桅杆斜拉式挑篷结构简化模型
【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

【参考文献】