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。     

联方型弦支穹顶研究

在分析天保中心弦支穹顶的工程实例及相关研究的基础上,提出了弦支穹顶的二阶段分析方法。采用二阶段分析方法,对选定的结构模型,与单层网壳相比较,分析了联方型弦支穹顶的结构性能。研究了不同矢跨比、不同撑杆长度、不同节点刚度等参数变化条件下联方型弦支穹顶的特性,同时考虑了不同的荷载组合情况。对联方型弦支穹顶进行了屈曲分析。研究分析结果表明弦支穹顶须按预应力模型进行分析;联方型弦支穹顶是一种高效的结构形式,其屈曲承载力大于相应的单层球面网壳;二阶段分析法是弦支穹顶一种有效的分析设计方法;较为浅平的弦支穹顶的拉索预应力应进行专项分析;撑杆较长有利于增大抵抗力并避免环向拉索的松弛;不对称荷载为主要工况时有必要对拉索的松弛进行专题校核分析。     

张弦穹顶结构非线性稳定分析

在张弦穹顶结构静力计算的基础上,根据几何非线性以及材料非线性,对张弦穹顶的非线性稳定进行了深入系统的分析,包括结构参数对屈曲承载力的影响,并与相应的单层网壳结构进行了比较;采用弧长法对张弦穹顶结构荷载-位移全过程的平衡路径进行跟踪。分析结果可供实际工程参考。     

现代大跨空间结构在中国的应用与发展

现代大跨空间结构大致是在二十世纪七、八十年代左右,基于采用轻质高强的膜材、钢索、钢棒,应用新技术而发展起来的轻盈、高效的结构体系,诸如气承式充气膜结构、索膜结构、索桁结构、张弦梁结构、弦支网壳结构、索穹顶结构、索穹顶—网壳组合结构、张弦气肋梁结构等.另一方面,对于二十世纪中叶获得大量应用的近代空间结构,如薄壳结构、网架结构、网壳结构、一般悬索结构等,通过采用多种结构形式和建筑材料的组合、预应力技术、结构概念和形体的创新,从而提出并得到工程实践应用的新颖空间结构体系也可认为是现代空间结构,诸如组合网架结构、空腹网架(壳)结构、多面体空间刚架结构、局部双层网壳结构、斜拉网架(壳)结构、树状结构、预应力装配弓式结构等.本文按空间结构单元组成分类为序,分别对现代刚性空间结构、现代柔性空间结构、现代刚柔性组合空间结构的特点及在中国的应用与发展作了综述.     

沁阳市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究北大核心CSCD

沁阳市体育馆钢屋盖采用由Levy索杆体系和单层网壳组合成的弦支穹顶结构体系,具有跨度大、外形为椭圆抛物面的特点。对弦支穹顶结构进行了杆件内力、支座反力、节点位移、自振特性、线性屈曲和非线性屈曲分析,考虑了初始几何缺陷的影响,并与单层网壳结构进行了对比。研究结果表明,弦支穹顶结构引入高强度预应力拉索后,可以减小对边缘支承结构的作用、减小结构位移、降低对初始几何缺陷的敏感性和提高结构整体稳定性。在所考虑的活荷载全跨布置、长轴半跨布置和短轴半跨布置3种形式中,以活荷载短轴半跨布置最为不利。     

混合型穹顶网壳结构的静力特性分析

混合型网壳结构是一种新型的空间结构形式。文章以穹顶网壳与钢筋混凝土带肋薄壳组成的混合型穹顶网壳为例,通过有限元程序分析了混合型穹顶网壳结构的位移和内力分布规律,对于促进该结构设计应用的深入研究具有参考价值。     

拉索预应力空间网格结构在我国的研究和应用

拉索预应力空间网格结构由钢索和空间网格结构组成 ,空间网格结构包括网架、网壳、组合网架及组合网壳等结构 ,通过张拉钢索对空间网格结构施加预应力 ,钢索和空间网格结构形成自相平衡体系 ,而不需要其他构件承受钢索的拉力。对空间网格结构施加预应力可改善空间网格结构受力状态 ,降低结构内力峰值 ,增大结构刚度 ,提高结构承载力 ,预应力使杆件反复受力 ,充分发挥材料的强度 ,从而降低了结构耗钢量 ,节省了造价。对网壳及组合网壳结构 ,还可减小支座的水平推力 ,甚至不产生水平推力 ,在竖向荷载作用下 ,支座只有竖向反力 ,改善了网壳及组…     

弦支穹顶结构的稳定承载力分析

弦支穹顶结构作为一种新型结构形式,与单层网壳相比,其刚度和稳定性都有了很大的提高;与索穹顶结构相比,施工过程更加简单易行。本文的研究对象为一跨度为40m的凯威特-联方型弦支穹顶结构,通过改变该结构的矢跨比、撑杆高度、预应力大小及上部网壳节点形式,来研究以上四个参数对结构稳定承载力的影响,以期为工程设计提供参考。     

应用CFRP索弦支穹顶结构静力特性分析

为研究新型材料CFRP在弦支穹顶结构中的应用,以2008奥运会羽毛球馆为背景,建立长4 m,高2.6 m的穹顶模型。模型分别采用钢索和CFRP索作为预应力索,通过有限元分析软件ANSYS对模型进行静力分析计算,得到应用CFRP索的弦支穹顶结构内力及位移随加载历程的变化规律。研究结果表明:由CFRP索构成的弦支穹顶结构同样具备传统钢索结构的优点,甚至在影响杆件应力和节点位移方面更优。将为CFRP索代替钢索的弦支穹顶结构的研究奠定基础。     

单层穹顶网壳结构的几何非线性跳跃失稳及分歧屈曲的研究

本文对单层穹顶网壳进行了几何非线性稳定分析，推导了U．L坐标系下的几何非线性空间梁单元，采用以柱面孤长法为主的自动加载策略，求解结构的平衡路径。目前国内对网壳结构分歧屈曲的研究尚很少，本文利用位移扰动法，进行了一些探讨，求得扁拱和K6-2型穹顶的分歧路径，同时详细分析了40m跨大型穹顶网壳在不同荷载作用下的稳定性。     

常州市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究

常州市体育馆椭圆抛物面钢屋盖采用由Levy索杆系和单层网壳构成的弦支穹顶结构,与已研究的常规弦支穹顶相比,其具有体量大,矢跨比高和外形为椭圆抛物面的特点。将弦支穹顶与单层网壳进行稳定性对比研究,包括构件屈曲、线性屈曲和几何非线性屈曲等,分析了高矢跨比弦支穹顶中索杆系的作用以及对结构设计起控制作用的破坏形式。研究结果表明,索杆系增加了弦支穹顶的整体性,降低了其对初始几何缺陷的敏感性,但对结构刚度、基本自振周期和模态、构件屈曲荷载、线性屈曲荷载、无初始缺陷的非线性屈曲荷载、屈曲模态等影响不大。高矢跨比弦支穹顶仍对初始缺陷较为敏感,稳定性仍是结构设计控制因素之一。此外,由于椭圆抛物面外形,活荷载布置形式对结构屈曲模态影响较大,且满跨活荷载并不一定是最不利的活荷载布置形式。     

弦支穹顶结构的预应力优化设计

采用遗传算法对弦支穹顶结构进行了预应力优化设计.从随机产生的初始种群出发,通过选择、杂交及变异等遗传算子,使种群一代一代地进化到最优解.本文采用二级优化的步骤对水平径向约束反力和上部杆件轴力两个优化目标同时进行了预应力优化,并编制了相应的程序对联方型弦支穹顶结构进行了预应力优化设计.结果表明,采用遗传算法收敛速度快,而且所需迭代次数少;最外圈索杆的预应力对水平径向约束反力的影响最大,而内部几圈索杆的预应力对上部单层网壳杆件的轴力影响较大.     

施威德勒椭球形弦支穹顶的特征值屈曲分析

施威德勒椭球形弦支穹顶是弦支穹顶结构的一种新型结构形式,利用有限元计算软件ANSYS对椭球形弦支穹顶和单层网壳进行特征值屈曲分析。通过对不同矢跨比的对比分析,预测施威德勒椭球形弦支穹顶的屈曲特性。     

两种布索方式对双椭型弦支穹顶静力性能影响的试验研究

双椭型弦支穹顶是弦支穹顶结构的一种新型结构形式,它综合了单层网壳结构和索穹顶结构的优点。为进一步研究不同布索方式对双椭型弦支穹顶结构静力性能的影响,对一长轴6.7m,短轴5.1m的双椭型弦支穹顶结构,对影响该结构静力性能的两种布索方式进行了分析,结合试验数据,得出了布两圈索杆时,结构的最大竖向位移、最大环向杆轴力均得到较好的改善,下部索杆体系满布,并不能最好地改善结构的受力性能。     

新型椭球网壳减震体系性能分析

本文利用非线性有限元理论,对附加屈曲约束支撑的单层组合椭球网壳的减震性能进行了初步研究.假设钢材为理想弹塑性模型,通过大型有限元分析软件ANSYS编程进行参数化建模和具体实例分析;模型中的结构杆件采用Beam188单元,而支撑部件用Link8单元代替.对结构进行三维El-centro波作用下的动力响应分析,结果表明,这种附加屈曲约束支撑的网壳结构的关键点位移响应明显减小.基于分析结果,本文提出此类网壳屈曲约束支撑的一种布置方法,并对具体的支撑布置形式进行了分析研究,得出相关结论.     

深圳大运会篮球馆结构设计

对深圳市坪山体育馆的结构选型,受力特点及结构设计进行介绍。针对上述问题进行计算分析,包括:弦支穹顶体系整体受力性能和屈曲稳定性影响分析;荷载取值分析;施工全过程模拟计算分析;单体上部钢结构、单体下部混凝土结构初步分析基础上的整体结构总装分析;根据深圳本地气温统计资料,合理选取计算温差,分析温差效应对结构安全的影响;关键复杂节点实体有限元计算分析,确保其可靠安全。计算分析表明:1)弦支体系不仅有效地提高了屋盖结构刚度,还大大提高了单层网壳结构稳定性;2)大跨空间结构设计进行总装分析至关重要;3)大跨结构温差收缩效应影响存在,温差效应施工模拟计算十分必要;4)复杂空间结构的节点十分关键,应通过有限元分析,精心设计。     

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶预应力张拉模拟施工过程分析研究

对于大跨度弦支穹顶结构,预应力张拉施工过程实际上是几何体系由机构(准机构)变为可承担设计荷载的结构体系过程。该类结构体系的安全控制有别于常规结构体系,它需要对结构的设计状态即最终使用状态进行控制,同时应研究预应力张拉施工过程中结构的力学性能,并对结构几何成形过程中的安全性进行控制。本文以2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶屋盖为研究对象,应用分步一次加载法和单元生死法两种不同的计算方法对弦支穹顶结构的预应力施工进行全过程模拟计算,分析了在预应力施工过程中结构位移、环索内力和径向拉杆内力变化规律,确认了张拉施工过程的安全性;得出分步一次加载法时结构力学响应大于单元生死法时结构力学响应的结论;证明弦支穹顶整体结构设计采用分步一次加载法是偏安全的。     

第26届世界大学生运动会篮球馆弦支穹顶屋盖结构设计

2011年第26届夏季世界大学生运动会篮球馆为一复杂体育建筑,其上部钢结构屋盖直径72m,为采用单层网壳加弦支体系组成的弦支穹顶结构体系,支承于沿72m直径圆周边均匀布置的24根钢筋混凝土柱上。围绕屋盖结构选型、受力特点及结构设计中的关键性问题,进行了以下的分析研究:弦支穹顶屋盖设计控制标准;弦支穹顶下部索杆体系的布置;预应力的大小选用原则分析;屋盖屈曲稳定分析;预应力张拉整体结构施工全过程模拟及施工方案分析;复杂节点实体有限元计算分析。从中归纳、总结了弦支穹顶屋盖结构设计中应注意的关键问题及应采取的结构措施,可供同类工程参考。     

防屈曲支撑在双层柱面网壳中的减震性能分析

防屈曲支撑是一种效果良好的减震装置,由于其"小震经济、中震不坏、大震易修"的优点,有望成为新型的高性能装置从而应用于大跨度空间结构振动控制中.以一50m跨度的双层柱面网壳为实例,采用非线性时程分析的方法研究了柱面网壳结构在加入防屈曲支撑后的轴力及位移减震效果,通过不同的时程输入及不同支撑布置方式,得出了合理的支撑布置方式,在最优的布置方式下,位移减震效果可达27%,轴力减震效果可达47%,可见防屈曲支撑在双层柱面网壳中的减震效果较为理想,从而可以将其推广应用于其他形式的大跨度空间结构.