八点弹性不均匀支承的类椭圆形弦支穹顶结构设计与分析研究

随着结构造型及功能的日益复杂,异形壳面、不均匀弹性支承、荷载不均匀分布等复杂条件下弦支穹顶结构的设计是一个值得深入研究的问题。以大沙河文体中心项目会议厅八点弹性不均匀支承异形壳面屋盖为例,采用肋环型单层网壳+Giger型索系组成的类椭圆形弦支穹顶,剖析其结构设计思路及特点,对其弹性支承条件的影响进行对比研究,并结合基于刚性索法和改进PGSA算法的预应力优化方法,对不同布索形式下的弦支穹顶结构进行静力及稳定性能的对比分析。研究表明,弹性不均匀支承条件对弦支穹顶结构的变形、索力分布、单元应力均有较大影响,结构计算分析中需充分考虑其影响;在最终被采用的撑杆杆底等标高的布索形式下,结构受力及变形分布更为均匀,静力及稳定性能相对较好,且有效避免了双向弯曲对环向索索体的不利影响。

顺德德胜体育中心体育馆含悬挂斗屏索穹顶结构分析研究

顺德德胜体育中心体育馆屋盖钢结构采用索穹顶结构体系,平面投影为椭圆形,其中索穹顶长轴方向结构净跨124m,短轴方向结构净跨105m,为目前国内较大跨度索穹顶结构。屋盖结构体系采用Geiger型与Levy型组合的复合式索穹顶结构。针对整体结构的重要性,首先建立有限元模型进行了索穹顶结构的静力性能分析,包括预应力态和荷载态分析。其次针对目前国内大型体育场馆中很少在全柔性屋盖结构中设置悬挂斗屏的特点,以本工程为例探讨悬挂斗屏在全柔性张拉索穹顶结构中实施方案,建立含有斗屏的有限元模型,分析比较悬挂斗屏在不同悬挂受力点、竖向地震作用等因素对复合式索穹顶结构的静动力性能影响,并考察了断索情况下含斗屏的复合式索穹顶结构防连续倒塌性能。结果表明,通过合理的设计,在含有悬挂斗屏的情况下采用复合式索穹顶结构具有良好的空间结构受力性能,同时结构体系仍具有良好的抗连续性倒塌能力,可为以后工程项目提供参考。

弦支穹顶结构的摩擦摆隔震控制研究

弦支穹顶结构是一种集成单层球面网壳和预应力索杆系统的新型空间结构,广泛应用于地标性大型公共建筑中。此类建筑大多具有较高的抗震需求,然而,当遭遇强震作用时,仅依靠强度和延性的传统抗震手段难以有效避免结构的强震损伤甚至失效。鉴于此,将摩擦摆支座用于弦支穹顶结构,探究其对整体结构抗震性能的提升作用。阐述摩擦摆支座的构造和隔震耗能原理,通过OpenSees实现其滞回行为的数值模拟。将一批摩擦摆支座用作某弦支穹顶结构的高位隔震系统,采用OpenSees进行模态分析和非线性抗震时程分析,对比无控和受控结构的动力响应。研究结果表明,采用摩擦摆支座系统对弦支穹顶屋盖及其支撑体结构均可取得优良的振动控制效果。

基于预设变形的圆形弦支穹顶形态分析方法

弦支穹顶的整体受力性能可通过改变下弦索杆体系的形态进行调整,但获得预期的变形及内力分布需要采用繁琐的迭代算法。提出了一种基于预设变形的圆形弦支穹顶形态分析方法:将预期得到的上弦网壳变形及内力分布作为已知条件,以上弦网壳作为隔离体求得下弦索杆需提供的等效荷载,代入下弦索杆隔离体的平衡方程即可求出对应的撑杆高度与预应力分布,简化了弦支穹顶的形态分析过程。在此简化方法的基础上,推导了撑杆高度与预设变形之间的理论公式,并通过算例进行验证分析,结果表明:以纯压变形作为上弦单层网壳的预设变形,按本文方法可实现单工况作用时上弦网壳所有杆件等应力的预期效果;通过选取合理的预设变形大小和穹顶形状,可显著提升弦支穹顶的材料利用效率。

厚街体育馆大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构的非线性屈曲分析

厚街体育馆钢屋盖采用大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构,支座间净跨110m×80m,上部单层网壳矢高9.4m。分别以此结构与相应的单层网壳为分析对象,考虑几何非线性、初始几何缺陷及活载的半跨布置,对两类结构的非线性屈曲性能进行对比研究。在此基础上,进一步探讨初始几何缺陷分布模式及材料弹塑性对弦支穹顶稳定分析的影响。研究表明:弦支穹顶的稳定承载力明显高于相应的单层网壳;初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布时,稳定承载力系数并非最小;材料非线性对结构稳定性影响较大;一致缺陷模态法并不完全适用于结构的稳定分析。

济南奥体中心体育馆大跨度弦支穹顶预应力拉索施工

济南奥体中心体育馆采用大跨度弦支穹顶结构。结合工程结构特点,对张拉方案进行优化比选,最终确定选择径向钢拉杆张拉法进行预应力拉索施工。在结构进行正式张拉前,采用虚拟张拉技术进行施工全过程的模拟分析。同时根据施工现场情况,详细阐述了拉索安装和张拉的施工要点,并对张拉设备进行了创新设计。索力监测结果和撑杆垂直度均满足规范要求。

2008年奥运会羽毛球馆预应力张弦穹顶结构整体稳定分析

2008年奥运会羽毛球馆屋盖结构跨度93m,矢高9.3m,矢跨比1/10,经过多轮多层次优化采用了张弦穹顶结构。对张弦穹顶和单层网壳分别进行了包括内力、节点位移、特征值屈曲和非线性屈曲的荷载位移平衡路径的跟踪分析,阐述了结构选型的依据。分别以网壳杆件内力和节点位移为目标函数编制了优化程序,研究了钢索合理预应力水平的确定方法,分析了初始几何缺陷对整体稳定的影响,提出了初始几何缺陷的合理施加方法。

武汉体育馆索承网壳钢屋盖顶升安装及预应力拉索施工

武汉体育馆钢屋盖为一大跨索承网壳(弦支穹顶)结构体系,结合该结构特点,详细介绍了钢屋盖的顶升安装、预应力拉索安装及张拉的施工工艺。

2008奥运羽毛球馆张弦网壳结构整体稳定分析中初始缺陷的影响研究

工程结构的整体稳定性反映了结构的抗倒塌能力,是工程结构设计要考虑的关键问题,初始缺陷对不同类型结构的整体稳定性会产生不同的影响.目前在网壳结构设计中,初始缺陷是按照第一阶屈曲模态的L/300(L为结构跨度),对结构施加初始变形.本文以2008年奥运会羽毛球比赛馆的张弦网壳结构为工程背景,以两个不同形式的张弦网壳为算例,分析了初始缺陷对张弦网壳结构整体稳定性能的影响,对网壳结构设计中施加初始缺陷提出了新的看法,为实际工程的设计计算提供了借鉴和参考.

常州体育馆大跨度椭球形弦支穹顶预应力拉索施工

结合常州体育馆大跨度椭球形弦支穹顶的预应力拉索施工全过程,基于有限元软件ANSYS,介绍了预应力拉索正式施工前所需的主要分析内容,并对该结构进行了精确的理论分析计算,最终使得结合可滑动索夹的环向索张拉法在该过程能够成功实施。同时根据现场施工情况,阐述了该类大跨度椭球形弦支穹顶的施工控制要点及拉索应力和结构变形监测。监测结果显示本张拉方法切实可行,能够在结构中建立有效预应力。

2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构预应力施工技术

北京工业大学羽毛球馆为2008年奥运会比赛场馆之一,采用弦支穹顶结构。详细介绍了该工程的预应力施工技术,结合施工仿真计算和实测结果,提出了结构的预应力施工技术和特点。

弦支穹顶结构的形态分析问题及其实用分析方法

寻找弦支穹顶在零状态下的几何构形与计算时所需施加的初应变值是其形态分析的主要目的。基于零状态下所需求解参数的不同,将其形态分析问题分为:找力、找形、找力+找形三类。这三类问题基本覆盖弦支穹顶结构中所有可能出现的形态分析问题。利用较为成熟的数值分析理论针对找力与找形这两类问题,进行计算公式的推导,并通过找力与找形的组合成功地解决了找力+找形问题,最后给出求解这三类问题的计算流程。按计算流程对同一结构模型分别进行找力与找力+找形分析。计算结果表明:由结构在零状态下施加的初应变值换算而来的内力,经内力重分布后与初始态下内力在数值大小与分布上均有较大差别,所以弦支穹顶结构的找力分析是必需的。结构经找形后在零状态下的单元下料长度与结构在已知几何构形下的单元长度相差甚微,但部分节点坐标值在两个状态下却有较大差别,建议结构在建造时可直接按已知几何构形来进行下料,但应按找形后的计算结果进行放样安装。

弦支穹顶结构动力分析

基于局部分析法并且在以预应力作为自平衡的初始内力情况下对弦支穹顶结构的动力特性进行了初步分析。局部分析法采用将索杆体系和上部单层网壳分开的思想,使弦支穹顶结构的初始预应力分布的确定得到简化。随着上部网壳结构的整体刚度的降低,预应力对体系的自振特性的影响逐渐增大。该体系的低阶振型大多为竖向振动振型。由时程分析的结果可见竖向常遇地震作用下索杆内力上下变化的幅度并不大(不超过7%)。竖向常遇地震作用下结构响应由内环、中环到外环逐渐减弱。常遇水平地震作用下体系索杆内力上下变化的幅度更小。相比竖向常遇地震作用下的索杆内力的变化要小的多。同时,常遇水平或竖向地震作用下线性和非线性时程分析差别不大。

弦支穹顶结构动力稳定性分析方法

系统阐述了弦支穹顶结构动力稳定性分析方法,论证了基于严格数学定义的Lyapunov运动稳定性理论和方法不能对地震作用下的非线性、多自由度系统的稳定性提供有效判别准则.提出了基于B-R运动准则的改进判别方法,以此为基础结合结构的时程响应曲线判定弦支穹顶结构的动力稳定性,分别研究了水平、竖向和三向地震作用对不同矢跨比弦支穹顶结构动力稳定性、稳定形态及拉索形态的影响.研究表明,不同地震作用下结构的失稳形态不同,矢跨比对结构动力稳定性能的影响不同;矢跨比不同,对结构稳定性起控制作用的地震作用分量不同;地震加速度接近临界值时,一些拉索开始逐步退出工作状态,但在振动过程中可能重新产生张拉力.

弦支穹顶预应力施工过程仿真分析

以北京奥运会羽毛球馆弦支穹顶屋盖为研究对象,通过对弦支穹顶结构的预应力施工进行全过程仿真计算,检验了施工过程中的结构安全性,分析了在预应力施工过程中结构形状变化特点、内力和节点位移变化规律,同时提出了预应力施工控制参数。

大跨弦支穹顶结构的振动模态与地震响应分析

针对常州市体育中心体育馆屋盖采用的大跨椭球型弦支穹顶结构,利用大型有限元软件ANSYS建立了三维空间有限元模型。基于子空间迭代法求解了结构的振动模态,采用考虑结构静力初始状态的非线性动力分析方法,分析了结构的地震响应。研究结果表明:大跨椭球形弦支穹顶结构的自振频率比较密集,一阶振型为结构沿短轴方向的反对称振动;结构在地震激励下的位移、应力和索力变化均较小;有杆件初始弯曲时结构的最大响应增加,最大误差不超过5%;从整体上看,大跨椭球形弦支穹顶结构具有较高的整体刚度和良好的抗震性能。

正六边形平面弦支穹顶结构施工技术

安徽大学体育馆屋盖为弦支穹顶结构,环向拉索和径向拉杆采用预应力技术。通过张拉径向钢拉杆的方法施加预应力。根据径向拉杆的张拉力值选用不同的千斤顶进行张拉,保证了张拉精度,减少了施工操作的难度。采用有限元分析软件ANSYS对整个施工过程进行了仿真分析,同时对整个张拉过程中的结构应力和变形进行了监测控制,以保证施工安全。

椭球面弦支穹顶结构的稳定性

以上部网壳为椭球面的弦支穹顶结构为对象,用ABAQUS软件建模,考虑初始缺陷、布索方式及预应力水平等影响因素,进行几何非线性及同时考虑几何非线性和材料非线性的稳定性分析,分析时采用弧长法跟踪平衡路径,得到不同参数下结构的荷载-位移曲线.通过对比分析各参数下荷载-位移曲线及稳定极限承载力,椭球面弦支穹顶结构的稳定性能较单层网壳有了大幅度提高,初始缺陷的存在降低了结构的稳定承载力.此外,不同布索方式和预应力水平对结构的稳定承载力有较大的影响,应进行优化设计.

新型大跨度弦支穹顶结构的动力特性与抗震试验

弦支穹顶结构是一种新型的预应力钢结构体系,适用于大跨度空间结构的屋盖.为了保证北京奥运会羽毛球馆新型大跨度弦支穹顶结构的抗震性能.利用北京工业大学的九子台阵系统完成了对9.3 m弦支穹顶结构模型的动力特性试验和振动台试验.试验测得模型的多阶自振频率、振型,得到了模型在竖直地震动作用下的加速度、位移、杆件应变、索轴力的响应及响应变化规律.试验结果表明弦支穹顶结构振型密集,在八度大震作用下,具有良好的抗震性能.

大跨度椭球形弦支穹顶预应力张拉成形方法对比分析

针对常州体育馆大跨度椭球形弦支穹顶的施工成形过程,采用ANSYS有限元软件进行仿真模拟分析。通过比较张拉工装、张拉误差及施工工艺的难易程度,选择一种对于该类结构而言较为优化的张拉成形方法。根据张拉过程分析及三种施工工艺的对比分析得出,运用环向索张拉成形的施工方法能够比较准确的使结构在张拉后达到设计所需的预应力态。同时采用环向索张拉设备少,可以较好的控制张拉后的环向索线形。