索穹顶结构施工全过程研究

论文摘要

索穹顶结构是由索、杆及膜组成的新型预应力空间结构,是一种受力合理、效率极高的结构形式,具有自重轻、跨度大及建筑造型丰富等特点。目前国际上实现的索穹顶结构体系有Geiger型和Levy型两种,代表建筑分别为1988年汉城奥运会体操馆和1996年亚特兰大奥运会主场馆乔治亚穹顶。目前,制约索穹顶发展的重要因素之一便是它复杂的施工过程。这种结构成形后的力学性能由施工过程决定,所以需对其进行精确的施工控制以达到设计要求。同时,由于施工过程中复杂的力学变化,使得这种结构部分构件最大内力产生在施工的某一阶段,而非设计态,所以有必要进行施工全过程研究,以考察构件在施工过程中的内力响应规律。首先,本文在阅读大量国内外相关文献的基础上,简要回顾了索穹顶结构的发展历史、国内外工程应用实例及研究现状,包括形态分析、静动力性能研究、模型试验研究以及施工研究。其次,分别详细介绍了汉城奥运会体育馆和亚特兰大奥运会乔治亚穹顶两座索穹顶结构的具体施工过程,包括施工顺序、施工方法以及一些细部构造,总结了目前存在于索穹顶施工过程中的关键技术以及急需解决的问题,提出自已的建议并指出施工全过程研究的必要性。再次,研究了索穹顶结构施工全过程模拟方法。包括索穹顶结构的形态分析和施工过程模拟方法。通过形态分析,得到了设计成形态,从设计态出发,采用倒装分析的模拟方法,借助ANSYS中的生死单元实现索穹顶结构全过程的施工再现。本文以代表了未来索穹顶结构发展的方向的Levy体系为对象,分析了张拉斜索和张拉环索两种施工方案,针对两种方案,展开了较大规模的参数化研究,从定性和定量两个方面考察了构件最大内力在施工全过程的响应规律。在此基础上,对比了两种张拉方案中张拉力和构件最大内力响应,与此同时,综合考虑了施工周期、施工难度、节点构造复杂程度等方面的因素,讨论了每种施工张拉方案的特点及适用范围,为索穹顶结构施工提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 索穹顶结构的发展
• 1.3 索穹顶结构特点
• 1.4 索穹顶结构的研究进展
• 1.4.1 形态分析
• 1.4.2 静力性能分析
• 1.4.3 模型试验研究
• 1.4.4 施工成形分析
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 典型索穹顶结构施工过程
• 2.1 引言
• 2.2 1988 年韩国奥运会体操馆
• 2.2.1 场馆概况
• 2.2.2 具体施工过程分析
• 2.3 1996 年美国亚特兰大奥运会Georgia Dome施工过程
• 2.3.1 场馆概况
• 2.3.2 具体施工过程分析
• 2.4 关于索穹顶结构施工关键技术及问题的思考
• 2.5 本章小结
• 第3章 索穹顶结构施工全过程模拟方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 索穹顶结构的非线性效应
• 3.3 索穹顶结构的静力分析方法
• 3.3.1 线性分析方法
• 3.3.2 大变形非线性分析方法
• 3.4 施工过程模拟方法研究
• 3.4.1 倒装分析法的实现
• 3.4.2 形态分析
• 3.4.3 索穹顶结构施工全过程模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 Levy体系索穹顶结构施工全过程参数研究
• 4.1 引言
• 4.2 两种张拉方案
• 4.2.1 张拉斜索方案
• 4.2.2 张拉环索方案
• 4.3 张拉斜索方案的施工全过程分析
• 4.3.1 脊索受力全过程响应规律
• 4.3.2 斜索受力全过程响应规律
• 4.3.3 环索受力全过程响应规律
• 4.3.4 竖杆受力全过程响应规律
• 4.4 张拉环索方案的施工全过程分析
• 4.4.1 脊索受力全过程响应规律
• 4.4.2 斜索受力全过程响应规律
• 4.4.3 环索受力全过程响应规律
• 4.4.4 竖杆受力全过程响应规律
• 4.5 两种张拉方案对比分析
• 4.5.1 构件最大内力响应
• 4.5.2 张拉力大小对比
• 4.5.3 其他方面对比
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢