环形平面空间索桁张力结构的预应力设计

针对大跨度肋环型索桁张力结构在不对称荷载作用下变形较大且易发生整体扭转失稳的弱点,提出了一种新的结构体系———环形平面葵花型空间索桁张力结构.考虑该结构几何拓扑复杂、多自应力模态与机构位移模态的特点,应用平衡矩阵理论与奇异值分解算法,通过模态矩阵的分解组合方法,给出一种具有一定普遍意义的预应力优化策略,使多自应力模态结构体系的最终可行预应力分布求解得以简便的实现.对3种不同形式空间索桁张力结构算例的可行预应力分布进行了设计.结果表明,该结构体系具有良好的力学性能;其预应力优化策略算法简便,具有较强的通用性.

大跨度空间索桁张力结构的模型试验研究

针对一种新型的大跨度空间结构体系———环形平面葵花型空间索桁张力结构,在理论研究基础上,设计了外径5m、内部椭圆开口3.8m×3.2m,由12组空间索桁基本分析单元构成的结构模型并进行了试验研究。测试了多种预应力水平、多种荷载工况、多级加载等条件下结构的静力性能及其多阶模态频率与振型,并与理论计算结果进行了比较。试验结果表明,在一定的预应力形成结构刚度后,体系的自平衡内力分布可通过理论找力计算获得;在对称荷载作用下,结构具有良好的承载能力与稳定性,其静力反应基本呈线性;结构抵抗不均匀荷载的能力较强,构件内力趋于整体均匀重分布;其低阶模态以竖向振动为主,结构具有良好的侧向水平刚度。

空腹索桁张力结构初始预应力、静力性能及误差敏感性的模型试验研究

为进一步探索空腹索桁张力结构初始预应力分布、静力性能及误差敏感性,在理论分析的基础上,设计加工了一直径5m的结构模型.提出了该模型支承平台、可调索杆、连接节点等加工制作方案及基于最小二乘法的各测点内力-应变关系拟合方法,考察了张拉各构件到设计长度时的体系初始预应力分布,模型在满跨、半跨和1/4跨等多种荷载工况下的静力响应及通过调整杆件长度模拟杆长误差以考察长度的误差敏感性.研究表明,当所有构件都张拉到设计长度时,空腹索桁张力结构初始预应力分布将达到设计值;结构在不对称荷载作用下易发生平面外失稳,平面外刚度较差,而在整体均布荷载作用下表现出良好的承载性能;环索长度误差敏感性最明显,脊索、斜索次之,桅杆最弱.初内力分布、多种荷载工况下的静力响应及误差敏感性分析理论值与实测值基本吻合,表明了理论分析的正确性和模型设计的有效性.

月牙形索桁罩棚结构的施工成形分析和试验

对浙江省乐清市体育场所采用的新型月牙形空间索桁罩棚结构的施工方法进行了研究.提出一种在低空台架组装构件,并依次牵引上下径向索提升整体结构的施工方案.利用动力松弛法对体系的提升过程进行了数值模拟.从减小牵引距离的角度计算了组装台架的合理形状.分析了提升过程中体系的形状和内力变化特点,并发现局部撑杆倾倒的情况.借助于乐清市体育场罩棚结构的1∶15试验模型,依据该施工方案进行了张拉提升试验.测量了各提升步骤的环索节点坐标、环索和径向索的轴力,且与数值模拟结果相比符合良好.数值分析和试验结果表明:采用低空组装整体提升的施工方法可以实现月牙形空间索桁的有效成形,提升过程体系运动形态总体稳定.