轮辐式索膜结构连续倒塌性能分析

以佛山世纪莲体育中心为工程背景,通过定性模型试验测试及原型结构有限元分析,系统研究不同构件断裂情况下轮辐式索膜结构动力响应及连续倒塌性能。结果表明,该轮辐式索膜结构主要构件重要性由小到大依次为悬挂索、腹杆、下压环、上压环、墩柱、分叉索、脊索、谷索、内环索;重要构件断裂造成的破坏程度由轻到重依次为一根谷索断裂、一根脊索断裂、两根相邻谷索断裂、两根相邻脊索断裂、墩柱断裂、两根相邻索断裂、三根相邻索断裂、内环索断裂;该结构具有较好的抗连续倒塌能力,重要杆件裂后,能将其承担的荷载迅速传递给相邻构件,较好地将坍塌部分限制在有限区域内;通过采用双索体系、分区域设计及多柱式墩可提高结构抗倒塌能力。

轮辐式交叉索结构构形研究及其预应力态分析

以传统轮辐式索结构为基础,提出一类轮辐式交叉索结构,该类结构由双层外环压梁、双层内环拉索、内环撑杆、径向交叉布置的径向承重索、径向稳定索及它们之间的联系索杆组成。采用径向索交叉布置的新形式可减小结构层高度,改善结构整体抗扭刚度,同时形成的"空间谷脊效应"便于屋面组织排水。根据内环撑杆布置方式的不同,轮辐式交叉索结构又可分为竖撑杆型和人字撑杆型两种不同构形的轮辐式交叉索结构。基于节点平衡方程,对提出的两种轮辐式交叉索结构进行预应力态分析,推导出轮辐式交叉索结构预应力态内力的计算公式。此外还将轮辐式交叉索结构的预应力态受力特性与传统轮辐式索结构进行对比,并考虑不同内环结构高度、内外环几何中心高差等几何参数下结构的自应力分布情况。结果表明,轮辐式交叉索结构具有结构高度低、结构刚度大、受力合理等特点,在大型体育场等建筑中有很好的工程应用前景。

轮辐式斜交型索结构的几何构型与预应力态分析

轮辐式斜交型索结构体系的弦索采用斜向布置形式,能有效改善结构的整体抗扭性能,并有利于提升施工稳定性和使用安全性,同时也增加索结构体系的美感,丰富结构形式。通过几何形态分析发现轮辐式斜交型索结构的关键形态参数包括索结构桁架单元数量、斜交角度、内外环半径、起拱高度和下垂深度,并基于此建立参数化建模方法。根据节点平衡方程,推导轮辐式斜交型索结构在预应力态下的索杆内力快速估算公式,并探究斜交角度、内外环厚度和内外环几何中心高差对预应力分布的影响,结果表明:斜交角度对结构受力效率的影响较大;内外环厚度对拉索索力的影响很小,而对内环撑杆轴压力的影响较大;内外环几何中心高差对索杆内力的影响较大。该文的研究有助于促进轮辐式斜交型索结构的进一步应用。

基于静态位移测量的索膜结构损伤识别研究

轮辐式空间索膜结构是一类应用越来越广泛的大跨度空间结构形式。在此类结构中,拉索是提供预应力及结构刚度的主要构件。使用过程中,由于外界荷载及环境因素的影响,有可能导致拉索产生预应力松弛的现象。虽然预应力的少量损失不会对结构有大的影响,但当该损失达到一定的程度后,结构的性态就会发生明显变化。因此,积极开展轮辐式空间索膜结构中拉索预应力状况的健康监测与损伤识别研究是必要的。以轮辐式空间索膜结构为研究对象,考察了温度对结构的影响,并采用通过测量静力位移和索力的损伤识别方法相结合的技术路线,就该类结构中拉索的损伤识别问题进行了初步探讨。

深圳宝安体育场屋盖轮辐式索膜结构设计

系统地介绍了宝安体育场屋盖罩篷轮辐式索膜结构的结构体系和设计理念,阐述了设计过程中的一些重点、难点问题及其解决方案,对该轮辐式屋盖结构的施工张拉过程进行了初步的模拟计算,并研究了屋盖结构各构件在此施工过程中的内力变化情况。

深圳宝安体育场索桁屋架索力测量

深圳宝安体育场是中国目前最大的自平衡轮辐式索膜结构之一。该体育场的索体结构具有索类型多、索力大、施工过程中索力变化复杂以及索的边界条件多样等特点,常规的索力测量方法很难直接应用。针对宝安体育场索结构的结构特点及施工工艺,提出了索力测量的夹具法。实验分析和实际工程监测均验证了该方法测量索力的有效性。

深圳宝安体育场轮辐式索桁架屋盖成形关键技术

深圳宝安体育场为目前国内最大的轮辐式空间索桁架结构,具有索的数目多、成形过程结构刚度变化大、成形后索的张力大等特点,是目前最具难度的索工程之一。结合工程特点,对结构成形总体方案的选取、成形过程的仿真模拟、成形过程中结构的稳定性、成形控制等关键问题做了详细分析,为结构张拉施工提供依据。在理论分析基础上,施工时引入大型结构自动化整体移位系统,对36根径向索用72台千斤顶同步张拉。现场施工及测试结果表明:成形方案选取合理,理论分析与实测吻合,大型结构自动化整体移位系统大大提高了张拉效率。

大连梭鱼湾足球场屋盖结构选型与张拉试验研究

以大连梭鱼湾足球场为背景,为选择经济、合理的屋盖结构形式,对双层正交轮辐式索结构方案、上层斜交轮辐式索结构方案和双层斜交轮辐式索结构方案进行了对比分析,结果表明,上层斜交轮辐式索结构体系具有较好的经济性和受力性能,可作为大连梭鱼湾足球场屋盖所采用的结构体系。为进一步研究上层斜交轮辐式索结构屋盖张拉施工方案的可行性,设计了缩尺比为1∶20的试验模型,并开展张拉试验,同时采用非线性有限单元法模拟了张拉全过程。结果表明:张拉试验能够准确模拟实际结构的张拉施工过程;张拉过程稳定可控,地面拼装、整体张拉提升的施工方案可行;试验采用的主动张拉索的牵引长度可供实际施工参考。

厦门白鹭体育场巨拱支承大跨度屋盖结构设计研究

厦门白鹭体育场巨拱跨度为360 m,向外侧倾斜22°,东、西两侧巨拱不对称,受力形态复杂。场芯椭圆长轴与短轴之比接近2.0,最大高差将近45 m,无法满足传统轮辐式索结构的成形要求。为了解决该问题,巨拱采用矩形截面管桁架,并通过将相邻巨拱拱脚承台连为整体等综合措施增强抗推能力。采用刚性撑杆代替部分受压下径向索,形成索-撑杆混合结构体系,并研发了带关节轴承销轴的索夹节点。分析结果表明:巨拱承担63.75%的竖向荷载,弹性屈曲因子大于10,弹塑性屈曲因子为5.9;在竖向荷载、风荷载与多遇地震作用下,巨拱的变形均较小,具有较好的刚度与稳定性;在罕遇地震作用下,巨拱基本保持弹性状态,东、西巨拱在各自的倾斜方向出现较小的残余变形;场芯轮辐式索结构采用分体模型和整体模型两阶段找形方法,可以显著减少计算工作量,加快收敛速度,成形态内环竖向坐标以及索、杆内力变化均匀连续;径向索、刚性撑杆以及环向索分别失效后,节点位移与杆件内力发生突变,经过一段时间震荡后逐渐趋于平稳,结构不会发生连续倒塌。