施工误差对弦支穹顶结构性能的影响分析

发布时间：2020-05-11 13:27

【摘要】：弦支穹顶是由上部网壳结构与下部索撑体系组合而成的复合空间结构,因其受力合理,形态优美而被广泛应用于大型体育馆、机场航站楼及会展中心等大跨度公共建筑中。弦支穹顶结构施工安装过程中上部单层网壳对缺陷甚为敏感,下部索撑体系需施加合理预应力后方能发挥结构优势。因此,施工过程中种种因素引起的网壳初始缺陷和索撑体系的预应力偏差,必将对结构造成不容忽视的影响。论文在总结分析弦支穹顶结构中的各种施工误差问题基础上,针对弦支穹顶结构施工中可能存在的缺陷展开了深入研究。基于概率统计理论,开展弦支穹顶结构性能对施工中可能存在的缺陷敏感性分析,为上部结构安装及下部结构预应力张拉方案提出建议。论文展开的工作及主要结论如下:1、论文首先阐述了弦支穹顶结构稳定性分析的相关问题,指出分析结构受力性能前必然需要进行找力过程以对结构预应力准确施加,结合线性屈曲分析与非线性分析对弦支穹顶结构极限承载力算法进行阐述。2、针对施工中弦支穹顶上部结构可能存在的初始缺陷问题,指出这些误差必将影响上部网壳结构的性能,进而对弦支穹顶整体结构性能产生影响。以敏感性分析相关理论为基础,运用蒙特卡罗法进行弦支穹顶结构性能对上部结构初始缺陷(节点定位偏差、杆件初弯曲、杆件初偏心)敏感性分析,以及采用一致缺陷模态法分析杆件截面尺寸误差对弦支穹顶结构性能影响。明确了上部结构初始缺陷对弦支穹顶结构极限承载力影响程度,并根据相关敏感趋势图为施工中进行上部网壳结构安装提出若干建议。3、针对施工中环索预应力损失问题。弦支穹顶的高效性能在于下部索撑体系预应力施加,然而施工中必然存在环索内力与设计值之间存在误差,下部索撑体系预应力损失必然会对结构性能产生影响。以蒙特卡罗法为基础结合稳定性原理和张拉补偿法原理研究弦支穹顶结构性能对下部索撑体系预应力偏差在5%范围内、10%范围内及15%范围内敏感性。明确了弦支穹顶环索预应力损失对结构极限承载力的影响,提出了弦支穹顶预应力施工中应精确监控最外圈环索内力的建议。论文最后对研究工作进行了总结,并提出进一步研究中亟待解决的问题。
【图文】：

索穹顶

重庆交通大学硕士学位论文受到自然规律带来的灵感，二十世纪五十年代美国著名建筑师富勒（R.B.Fuller）提出了“张拉整体”概念，富勒认为“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”，之后，莫特罗对张拉整体结构继续创新，使得其概念有了更为准确的定义：由一系列受压杆件和一系列受拉杆件组成的自平衡结构体系，结构的刚度大小由预应力的大小决定，施加预应力越大刚度也就越大[4]。但是在工程中全张拉结构还没有，真正体现出张拉整体结构思想的工程实践时在 1986 年汉城体育馆，而这一工程的成功建造要归功于美国已故著名工程师 D.H.Geiger，，他在富勒提出“张拉整体概念”的基础上创造了在支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力张拉整体穹顶体系，即Geiger 型索穹顶如图 1-1 所示。再后来美国著名工程师 Levy 对 D.H.Geiger 的索穹顶进一步改进，增加了结构的复杂性，使结构构成立体桁架体系，其整体稳定性比 Geiger 型索穹顶更好，即 Levy 型索穹顶如图 1-2 所示。

索穹顶

重庆交通大学硕士学位论文受到自然规律带来的灵感，二十世纪五十年代美国著名建筑师富勒（R.B.Fuller）提出了“张拉整体”概念，富勒认为“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”，之后，莫特罗对张拉整体结构继续创新，使得其概念有了更为准确的定义：由一系列受压杆件和一系列受拉杆件组成的自平衡结构体系，结构的刚度大小由预应力的大小决定，施加预应力越大刚度也就越大[4]。但是在工程中全张拉结构还没有，真正体现出张拉整体结构思想的工程实践时在 1986 年汉城体育馆，而这一工程的成功建造要归功于美国已故著名工程师 D.H.Geiger，他在富勒提出“张拉整体概念”的基础上创造了在支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力张拉整体穹顶体系，即Geiger 型索穹顶如图 1-1 所示。再后来美国著名工程师 Levy 对 D.H.Geiger 的索穹顶进一步改进，增加了结构的复杂性，使结构构成立体桁架体系，其整体稳定性比 Geiger 型索穹顶更好，即 Levy 型索穹顶如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU399

【参考文献】