斗拱型穹顶结构力学性能与施工监测研究

论文摘要

大跨度空间结构是应用极广的一类结构形式，经常作为一个地区的标志性建筑，是重要的工程设施，确保此类结构正常、安全可靠地运行，具有重要的经济和社会意义。连续的斗拱型穹顶结构是一种新型的结构形式，它引进了“斗拱”的概念，在穹项采用普通的网壳结构，而在下部采用水平环叠加的形式构成，把刚性的网壳和拉杆很好的结合在了一起。国内外还没有对这种穹顶结构形式的研究，认识也不全面。本文以一实际工程为背景，从力学性能分析和施工试验两个方面，对斗拱型拉杆穹顶结构的形态、静力性能、动力性能以及施工模拟与监测进行了研究。本文首先介绍了非线性有限元理论的相关内容，利用ANSYS和SAP2000有限元软件建立了考虑几何非线性的新型斗拱型穹项结构的单穹顶和多穹项组合后的计算模型，分析了他们的静力性能，同时对单穹顶结构提出了预应力索的优化方案；然后在自振特性分析中，使用子空间迭代法分析了斗拱型穹顶振型和频率，分别分析了单个穹顶结构对连接的条件的敏感性，以及结构对预应力索的敏感性，在随后的地震反应分析中，本文采用时程分析法分析了斗拱型穹顶结构在El-Centro、Taft和场地波作用下的受力性能，并且分析了结构分别在一维多遇、三维地震多遇和一维罕遇、三维地震罕遇作用下的位移、应变等，并考虑结构在双重非线性状态下的的抗震性能。在施工模拟和监测部分，通过结构施工监测来检验结构的位移和应变与设计是否相符，同时检验结构的施工质量，并推荐合理的施工意见。本文运用ANSYS软件的强大功能施工模拟功能，对斗拱型穹顶结构做了施工监测模拟，结果发现结构在施工中的监测应变和位移数值跟计算值有一定差别，但是变形规律跟计算值是一样的，在随后的屋盖结构施工阶段及屋面工程后的测试表明，屋盖结构在屋面荷载作用下的变形状态跟预期的计算值相差很小，基本上满足了结构的安全、适用的设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 空间结构形式概论
• 1.3 网格结构的发展和研究现状
• 1.3.1 静力理论研究现状
• 1.3.2 动力理论研究现状
• 1.3.3 结构施工内力分析的研究现状
• 1.4 斗拱型弯顶结构实例—佛山岭南明珠体育馆简介
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 斗拱型宵顶结构的静力分析
• 2.1 引言
• 2.2 斗拱型拉杆弯顶结构的特点
• 2.3 结构有限元理论
• 2.3.1 几何非线性有限元理论
• 2.3.2 几何非线性问题基本公式
• 2.3.3 方程的求解
• 2.3.4 收敛准则
• 2.4 斗拱弯顶结构静力分析
• 2.4.1 单个斗拱弯顶结构静力分析
• 2.4.2 组合后斗拱弯顶结构静力分析
• 2.5 单个斗拱育顶结构优化设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 斗拱型宵顶结构的自振特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 自振特性分析的基本原理
• 3.3 斗拱型弯顶的自振特性分析
• 3.3.1 单个斗拱型弯顶的自振特性分析
• 3.2.2 组合型斗拱型弯顶的自振特性分析
• 3.4 结构自振特性的影响参数分析
• 3.4.1 连接因素的影响
• 3.4.2 预应力索模型中预应力的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 斗拱型弯顶地震响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 材料非线性的有限元的基本理论
• 4.2.1 理想弹塑性材料和线性强化塑性材料
• 4.2.2 弹塑性力学增量理论的基本法则
• 4.2.3 双重非线性
• 4.3 地震动的输入
• 4.3.1 地震波的选取
• 4.3.2 地震波的幅值
• 4.3.3 结构阻尼矩阵
• 4.4 非线性时程分析
• 4.4.1 体系的增量运动方程
• 4.4.2 增量运动方程的求解
• 4.5 弯顶结构地震时程响应分析
• 4.5.1 一维多遇地震作用
• 4.5.2 一维罕遇地震作用
• 4.5.3 三维多遇地震作用
• 4.5.4 三维罕遇地震作用
• 4.6 本章小结
• 第五章 宵顶结构的施工模拟与监测研究
• 5.1 引言
• 5.2 弯顶网壳施工方法
• 5.2.1 工程施工方案
• 5.2.2 施工过程中的关键问题
• 5.3 施工模拟分析
• 5.3.1 ANSYS在施工模拟中的应用
• 5.3.2 计算模拟分析
• 5.4 施工监测
• 5.4.1 监测方案
• 5.4.2 温度影响的测试
• 5.4.3 水平环型行架的安装过程监测
• 5.4.4 主场馆弯顶中心部分整体提升过程监测
• 5.4.5 卸载过程监测
• 5.4.6 屋面工程安装过程测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 进一步的工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢