复合式索穹顶结构连续倒塌分析

基于拆除构件法,以一个长轴为102m的索穹顶体育馆为工程背景,对外圈为Levy式、内圈为Geiger式的索穹顶进行了考虑节点等代建模的连续倒塌非线性动力分析,研究单根索破断对杆件内力及节点位移的影响,摸清复合式索穹顶结构的关键构件及结构的抗倒塌能力。仿真结果表明:内、外圈交界处的中环索为复合式索穹顶的关键构件;复合式索穹顶结构具有较好的抗倒塌性能,单根索破坏不会引起结构整体倒塌。

天津理工大学体育馆复合式索穹顶结构分析与设计

天津理工大学体育馆屋盖结构平面投影为椭圆形,长轴为102m、短轴为82m,周圈为短轴高、长轴低的马鞍形双曲线。屋盖结构采用外圈Levy式、内圈Geiger式的新型复合式索穹顶结构。采用力密度法确定了拉索的初始预应力模态,并根据结构的荷载和受力情况确定了最终预应力取值。分析了支座刚度以及屋面支承系统对结构静力性能的影响,最终确定采用边界为三向铰接并考虑屋面支承系统作用的模型作为计算模型。采用时程分析法计算了索穹顶结构在地震作用下的反应,结果表明地震参与组合对索穹顶结构的计算不起控制作用。

复合式索穹顶施工误差影响及控制技术研究

以国内首个百米级复合式索穹顶结构为研究对象,分为环梁及拉索的尺寸误差控制、结构安装成型先后顺序、预应力施加方法及张拉批次、施工过程控制与模拟4个方面研究了该工程的施工技术,重点分析了环梁和拉索不同大小的误差量对索穹顶内力的影响程度,并提出相应处理措施.研究结果表明:通过将外脊索和外斜索做成可调索的方式可以消除外环梁施工误差的影响;通过调整拉索现场摆放位置可以减小下料随机误差对索穹顶内力的改变.采用分部提升整体张拉法,避免了构件产生较大位移;分级分批的预应力张拉方式,可以保证施工成型后索力值与设计值的一致性.

火灾高温下复合式索穹顶结构力学性能参数分析

采用基于计算的钢结构耐火分析方法,利用高大空间火灾升温公式进行火灾温度场分析,继而将火灾高温荷载进行偶然荷载组合并施加在复合式索穹顶结构上。利用有限元法分析研究了复合式索穹顶结构在火灾高温荷载工况下的力学性能;并改变火源位置、火源释热功率、火源燃烧速率以及火源单位面积释热功率四种参数,探究不同火源参数对复合式索穹顶结构力学性能的影响。根据火灾高温下复合式索穹顶结构力学性能的参数分析,提出了结构耐火分析建议。

复合式索穹顶结构温度效应研究

针对一种边界不等高椭圆形复合式索穹顶结构体系,制作了1:15的缩尺模型,通过模型试验和ANSYS数值模拟分析,研究了温度作用下的脊索、斜索、环索索力以及结构位移响应,并将数值模拟与试验结果进行了对比分析,分析了出现误差的原因.在此基础上,分别考虑初拉力水平和外荷载水平,对温度作用下复合式索穹顶的结构响应进行了参数化分析.结果表明:适当提高初拉力水平能够降低结构对温度作用的敏感程度,但过大的初拉力水平对结构温度效应的影响不明显,反而会给节点承载力和构造提出更高的要求;适当增大外荷载可以降低结构对温度的敏感程度,但效果不明显,因此在工程中应首先考虑适当提高初拉力水平来降低温度效应的影响.

天津理工大学体育馆新型复合式索穹顶结构风振效应分析

索穹顶是一种具有张拉整体思想的自平衡体系,一经问世便以其鲜明的美学特征以及极高的结构效能而受到建筑师和结构工程师的青睐.天津理工大学体育馆索穹顶为外圈Levy式、内圈Geiger式的复合索穹顶,且受压环梁呈马鞍形,屋面结构采用外围搭设刚性檩条、中心铺设膜材的布置,结构形式新颖独特.以该结构为工程背景,采用经FFT改进的谐波叠加法和自编程序研究该结构在风振作用下的响应,并对典型节点处的位移风振系数和关键构件的内力风振系数进行了分析和讨论,最后研究了屋面结构体系对风振系数的影响.研究发现刚性屋盖能显著增加索穹顶刚度,使索杆体系位移幅值明显减小,风振系数趋于一致.建议该索穹顶的风振系数取值为1.57.

不同支承条件对复合式索穹顶静力性能影响研究

以天津理工大学体育馆工程为背景,对大跨度复合式索穹顶进行支承条件的研究,对比了不同环梁形式和约束条件对索穹顶静力性能的影响.建立了混凝土环梁、钢环梁、箱形截面混凝土环梁三种形式的模型,考虑三向铰接、柱对环梁弹簧刚度和与下部结构协同工作三种约束条件,得到不同支承下索穹顶结构变形、杆件预应力损失和环梁反力变化的基本规律.研究表明：一定范围内混凝土环梁截面积的变化会影响切向应力,轴向应力不变;钢环梁建筑效果好,但变形大,下弦单排约束最不利;环梁截面尺寸较大时,箱形截面梁能显著减轻自重,经济性好;和上下部结构协同工作模型相比,三向铰接约束会使设计偏于危险.