刚性索穹顶结构的形体及性能研究

论文摘要

索穹顶结构是一种受力合理、结构效率极高的结构体系。在目前的研究中,主要还存在以下两个问题。第一,索穹顶结构形式主要还是局限在肋环型穹顶和葵花型穹顶,虽然提出了几种新型的索穹顶结构形式,但本质上依然没有解决索穹顶结构脊索容易退出工作、施工技术要求高、边环梁压力大等问题。第二,索穹顶结构的敏感性分析没有考虑到荷载的随机性及结构本身的随机性。针对第一个问题,本文首先在总结现有结构形式的基础上,提出一种新的索穹顶结构,即刚性索穹顶结构。接着采用均匀设计方法对刚性索穹顶结构进行参数分析和近似优化,得到了结果指标与设计参数之间的近似函数关系,找出满足规范要求的较为理想的最优组合。然后对其进行静力性能和动力性能分析,并在相同条件下把肋环形刚性索穹顶结构与相应的索穹顶结构相比较,把正方形平面刚性索穹顶结构与双向张弦梁结构相比较,得到刚性索穹顶结构在性能上较优的结论。针对第二个问题,本文同时考虑荷载的随机性及结构本身的随机性,采用基于正交设计响应面的Monte Carlo法对刚性索穹顶结构进行双随机下的可靠性灵敏度分析,得到在位移和应力控制下对结构失效较为敏感的随机变量。在相同条件下,把肋环形刚性索穹顶结构与相应的索穹顶结构相比较,把正方形平面刚性索穹顶结构与双向张弦梁结构相比较,得到相应的结论。通过以上研究,得到如下结论：1.刚性索穹顶结构平面布置灵活,同时可较好地解决现有索穹顶结构脊索容易退出工作的问题,使结构受力全过程中,内力减小、变形明显减小,不出现突变现象。同时刚性索穹顶结构边环梁受力较小,可避免由于边环梁受力过大而造成对下部结构的不利影响。2.刚性索穹顶结构采用刚性上弦杆件,在施工完上弦构件后就确定了上弦节点的几何位置,大大方便了其张拉成型,为推广这种优良结构解决了关键的技术问题。3.最外圈斜索的预应力水平、均布荷载以及刚性杆件截面积等对肋环形刚性索穹顶结构失效较为敏感,且最外圈斜索的预应力水平对于刚性索穹顶结构失效的敏感程度要比整体预应力水平对于相应索穹顶结构失效的敏感程度低。刚性杆件截面积、均布荷载及竖杆弹性模量等对正方形平面刚性索穹顶结构失效较为敏感,且索的预应力水平对正方形平面刚性索穹顶结构失效的影响要小于其对张弦梁结构失效的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 索穹顶结构的起源与工程应用
• 1.1.1 索穹顶结构的起源
• 1.1.2 索穹顶结构的工程应用
• 1.2 索穹顶结构的研究现状及在研究中存在的问题
• 1.2.1 结构体系的判定及初始预应力的确定
• 1.2.2 结构静力和动力特性分析
• 1.2.3 施工成形技术
• 1.2.4 模型试验研究
• 1.2.5 敏感性分析
• 1.2.6 气动阻尼
• 1.2.7 结构形式
• 1.2.8 研究中存在的问题
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 刚性索穹顶结构的形式及其近似优化
• 2.1 刚性索穹顶结构
• 2.1.1 刚性索穹顶结构的提出
• 2.1.2 刚性索穹顶结构的优势
• 2.2 基于均匀设计方法的结构近似优化
• 2.2.1 均匀设计表的构造
• 2.2.2 均匀性准则和使用表的产生
• 2.2.3 均匀设计方法的特点
• 2.2.4 均匀设计方法的步骤
• 2.3 算例分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 助环形刚性索穹顶结构的性能分析
• 3.1 结构静力性能分析
• 3.1.1 满跨均布向下荷载作用下结构静力性能分析与比较
• 3.1.2 半跨均布向下荷载作用下结构静力性能分析与比较
• 3.1.3 满跨均布向上荷载作用下结构静力性能分析与比较
• 3.1.4 半跨均布向上荷载作用下结构静力性能分析与比较
• 3.2 结构动力性能分析
• 3.2.1 结构频率
• 3.2.2 结构振型
• 3.3 本章小结
• 第四章 正方形平面刚性索穹顶结构的性能分析
• 4.1 模型简介
• 4.2 结构静力性能分析
• 4.3 结构动力性能分析
• 4.3.1 结构频率
• 4.3.2 结构振型
• 4.4 本章小结
• 第五章 双随机下刚性索穹顶结构的可靠性灵敏度分析
• 5.1 基于正交设计响应面的Monte Carlo方法
• 5.1.1 方法简介
• 5.1.2 方法步骤
• 5.2 结构可靠性灵敏度的表示方法
• 5.2.1 常用的灵敏度表示方法
• 5.2.2 新的灵敏度表示方法
• 5.3 算例分析
• 5.3.1 算例一
• 5.3.2 算例二
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 对后续工作的建议
• 参考文献
• 个人简历