新型弦支穹顶结构分析与设计

目录
前言
第1章 弦支穹顶结构发展与应用 1
1.1 张弦结构概念与分类 1
1.1.1 平面张弦结构 1
1.1.2 可分解型空间张弦结构 2
1.1.3 不可分解型空间张弦结构 2
1.2 弦支穹顶结构概念与应用 3
1.2.1 弦支穹顶结构的概念 4
1.2.2 弦支穹顶结构的工程应用 4
1.3 索材类型与特点 15
1.3.1 索体的基本材料 16
1.3.2 拉索的基本索体 17
1.3.3 拉索的种类与应用 22
第2章 弦支穹顶结构选型与设计 25
2.1 弦支穹顶结构选型 25
2.1.1 上部网壳选型 25
2.1.2 索杆体系选型 28
2.1.3 支承体系选型 29
2.2 弦支穹顶结构设计 30
2.2.1 荷载与作用 30
2.2.2 弦支穹顶结构设计要点 33
2.2.3 分析与设计软件 33
2.2.4 结构性能评价指标 36
2.2.5 多专业协同设计 36
第3章 滚动式撑杆下节点弦支穹顶结构分析与设计 37
3.1 滚动式撑杆下节点 37
3.1.1 弦支穹顶结构预应力施加方法 37
3.1.2 弦支穹顶结构撑杆下节点形式 38
3.1.3 滚动式撑杆下节点构造设计 41
3.2 连续索单元数值模拟方法 46
3.2.1 基于虚拟温度的索滑移数值模拟理论 46
3.2.2 基于单元刚度矩阵的闭合多滑轮滑移索单元 56
3.3 滚动式索节点弦支穹顶结构设计 62
3.3.1 弦支穹顶结构设计 62
3.3.2 弦支穹顶结构节点设计 65
3.4 滚动式索节点弦支穹顶结构静力性能 67
3.4.1 不考虑滑移摩擦力影响 67
3.4.2 考虑滑移摩擦力影响 69
3.5 滚动式索节点弦支穹顶结构稳定性能 70
3.5.1 有限元模型的建立 71
3.5.2 稳定分析工况 71
3.5.3 稳定性能分析 72
第4章 滚动式索节点弦支穹顶结构模型试验 77
4.1 滚动式索节点弦支穹顶结构模型设计 77
4.1.1 支承结构设计 77
4.1.2 弦支穹顶缩尺模型设计 77
4.1.3 材性试验 80
4.2 滚动式索节点摩擦性能试验 81
4.2.1 试验节点及试验方案 81
4.2.2 试验现象及试验结果 84
4.2.3 试验结论 87
4.3 滚动式索节点弦支穹顶结构预应力张拉试验 87
4.3.1 预应力张拉试验方案 88
4.3.2 张拉点布置对预应力张拉的影响 89
4.3.3 温度变化对弦支穹顶结构预应力张拉的影响试验 93
4.3.4 预应力张拉控制值温度修正方法验证 94
4.3.5 超张拉施工措施有效性验证 96
4.4 滚动式索节点弦支穹顶结构基本动力特性试验 96
4.4.1 测试方法 96
4.4.2 试验仪器 97
4.4.3 单层网壳结构自振频率测试 97
4.4.4 弦支穹顶结构自振频率测试 99
4.4.5 单层网壳结构与弦支穹顶结构频率测试结果对比 101
4.5 弦支穹顶上部单层网壳结构静力试验 101
4.5.1 试验加载 101
4.5.2 试验测量 102
4.5.3 试验结果 106
4.6 滚动式索节点弦支穹顶结构静力试验 112
4.6.1 试验模型 112
4.6.2 试验测量 112
4.6.3 张拉试验 115
4.6.4 弦支穹顶结构静力加载试验 119
4.6.5 弦支穹顶结构与单层网壳结构静力性能对比 126
4.6.6 试验结论 128
第5章 向心关节轴承节点弦支穹顶结构分析与设计 130
5.1 向心关节轴承节点 130
5.2 向心关节轴承节点弦支穹顶结构设计 131
5.2.1 荷载技术条件 131
5.2.2 荷载基本组合与标准组合 132
5.3 向心关节轴承节点弦支穹顶结构静力性能 134
5.3.1 模型建立 134
5.3.2 拉索预应力优化分析 136
5.3.3 MIDAS静力分析结果 138
5.3.4 ANSYS与 MIDAS静力分析结果对比 143
5.4 向心关节轴承节点弦支穹顶结构稳定性能 144
5.4.1 稳定理论概述 144
5.4.2 特征值屈曲分析 144
5.4.3 MIDAS特征值屈曲分析结果 145
5.4.4 AYSYS特征值屈曲分析结果 147
5.4.5 考虑初始缺陷的几何非线性分析 149
第6章 扁平椭球形弦支穹顶结构分析与设计 150
6.1 扁平椭球形弦支穹顶结构设计 150
6.1.1 项目概况 150
6.1.2 双层网壳结构与弦支穹顶结构方案对比 151
6.1.3 双层网壳结构与弦支穹顶结构静力性能对比 152
6.1.4 双层网壳结构与弦支穹顶结构动力性能对比 153
6.1.5 弦支穹顶结构矢跨比优化 155
6.2 扁平椭球形弦支穹顶结构静力性能 158
6.2.1 主要技术条件和设计标准 158
6.2.2 MIDAS模型 160
6.2.3 ANSYS模型 161
6.2.4 预应力优化分析 162
6.2.5 静力分析结果 166
6.3 扁平椭球形弦支穹顶结构稳定性能 169
6.3.1 特征值屈曲分析 169
6.3.2 非线性屈曲分析 170
6.4 扁平椭球形弦支穹顶结构抗震性能 174
6.4.1 结构自振特性分析 174
6.4.2 振型分解反应谱法分析结构地震作用响应 176
6.4.3 时程分析法分析结构地震作用响应 179
6.5 扁平椭球形弦支穹顶结构上部、下部结构协同效应分析 182
6.5.1 整体模型的建立 182
6.5.2 整体结构静力性能分析 186
6.5.3 整体结构动力性能分析 191
6.5.4 整体结构抗震性能分析 193
6.5.5 结构整体分析与屋盖单独分析对比 196
第7章 非圆建筑球面弦支穹顶结构分析与设计 198
7.1 非圆建筑球面弦支穹顶结构设计 198
7.1.1 结构方案比选 198
7.1.2 结构布置的形成 199
7.2 非圆建筑球面弦支穹顶结构静力性能 201
7.2.1 计算分析模型 201
7.2.2 静力性能分析结果 202
7.2.3 静力性能的参数化分析 206
7.3 非圆建筑球面弦支穹顶结构动力特性及抗震性能 227
7.3.1 自振特性 227
7.3.2 抗震性能 231
7.4 非圆建筑球面弦支穹顶结构稳定性能 233
7.4.1 特征值屈曲分析 233
7.4.2 非线性屈曲分析 234
7.5 不同类型弦支穹顶结构力学性能对比分析 235
7.5.1 对比分析模型的建立 235
7.5.2 不同类型弦支穹顶结构受力性能分析 236
第8章 不连续支承的椭球面弦支穹顶结构分析与设计 239
8.1 不连续支承问题 239
8.1.1 不连续支承问题的提出 239
8.1.2 不连续支承解决方案 239
8.2 不连续支承弦支穹顶应用案例分析 248
8.2.1 工程背景 248
8.2.2 技术难点 249
8.3 不连续支承弦支穹顶结构方案比选 250
8.4 不连续支承的椭球面弦支穹顶结构静力性能 252
8.4.1 模型建立 252
8.4.2 荷载工况 253
8.4.3 静力性能分析结果 253
8.5 不连续支承的椭球面弦支穹顶结构动力特性 255
8.6 不连续支承的椭球面弦支穹顶结构稳定性能 256
8.6.1 计算模型 256
8.6.2 特征值屈曲分析 257
8.6.3 双重非线性分析 257
第9章 弦支穹顶结构断索效应研究 259
9.1 试验方案及概况 259
9.1.1 试验模型概况 259
9.1.2 试验方案 260
9.2 试验装置及测量仪器 261
9.2.1 环索张拉装置 261
9.2.2 索力测量装置 261
9.2.3 断索装置 262
9.2.4 应变测量仪器 263
9.2.5 加速度测量仪器 264
9.2.6 图像测量仪器 264
9.3 弦支穹顶模型受载状态下单根环索局部断索试验 265
9.3.1 试验准备 266
9.3.2 试验测点布置 268
9.3.3 试验过程及试验现象 271
9.3.4 试验结果及讨论 273
9.4 弦支穹顶模型 3号环索单独局部断索试验 286
9.4.1 试验测点布置 286
9.4.2 试验过程及试验现象 288
9.4.3 试验结果及讨论 290
9.5 弦支穹顶结构断索效应数值模拟方法 302
9.5.1 显式动力分析思路 302
9.5.2 显式有限元模型建立 304
9.6 弦支穹顶结构断索效应数值模拟结果分析及对比讨论 305
9.6.1 3号环索局部断索数值模拟结果及讨论 305
9.6.2 1号环索局部断索数值模拟结果及讨论 308
9.6.3 数值模拟结果与试验结果对比分析 311
9.7 弦支穹顶结构断索动力放大系数 312
9.8 弦支穹顶结构断索动力因子 314
参考文献 319