800米超大跨荷花形巨型网格结构形体、静力与稳定性研究

摘要

基于千米量级超大跨度城市穹顶研究现状，本文提出了由径向主直拱及斜拱为主要受力体系的荷花形与竹叶形单层球面网壳结构，通过选型分析获得造型新颖、性能良好的优选方案；基于该优选方案提出了一种适用于超大跨度且新颖美观的荷花形巨型网格结构。本文主要开展以下研究工作：
　　①结构选型分析：提出荷花形与竹叶形单层球面网壳结构；对荷花形网壳，改变内环杆布置数量与位置、径向主直拱布置方式、结构环向分频数等参数；对竹叶形网壳，改变径向主斜拱布置方式、加强杆件布置位置、径向等分数、环向分频数等参数，进行结构选型分析，获得力学性能指标不低于传统肋环型网壳的优选结构方案。
　　②建模方法及分析程序编制：基于优选方案构建荷花形巨型网格结构；通过结构构成分析，获得结构形体几何控制参数；基于Rhinoceros提出荷花形巨型网格结构三维成型的流程化建模方法；编制了将Rhinoceros模型导入ANSYS并开展前处理的几何模型前处理程序、对结构杆件进行满应力设计的满应力选杆程序等。
　　③结构静力分析：考虑结构自重、附加恒荷载、活荷载、风荷载、温度作用等荷载作用，分析荷花形巨型网格结构在各类荷载工况组合下结构的内力、变形峰值及其分布特征，掌握结构受力性能；获得结构各部分杆件沿桁架轴线方向的内力分布规律及内力分布随矢跨比的变化趋势。
　　④结构稳定性分析：开展特征值屈曲分析，获得屈曲模态及特征值，分析其随矢跨比的变化规律；考虑几何与材料非线性、初始几何缺陷等影响因素，开展非线性屈曲分析，评价结构稳定性能，分析各影响因素对结构稳定性能的影响规律。
　　⑤结构静力与稳定性参数分析：对结构开展大规模参数分析，探索结构环向分频数、结构跨度、斜拱倾斜角度、结构矢高、立体桁架高度、立体桁架宽度等几何参数及杆件截面、支承方式等结构参数的变化对结构内力峰值、竖向挠度、支座反力、稳定承载力与用钢量等指标的影响规律，归纳各参数的合理取值范围，为该结构的进一步理论研究与工程设计提供有价值的参考。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 超大跨度穹顶结构研究现状

1.2 巨型网格结构研究现状

1.3 新型网壳结构研究现状

1.4 课题研究背景

1.5 主要研究内容

2 超大跨巨型网格结构设计原则与分析流程

2.1 引言

2.2 结构设计原则

2.3 结构分析流程与满应力设计

2.4 小结

3 巨型网格结构方案选型及结构构形分析

3.1 引言

3.2 选型条件及评判标准

3.3 荷花形单层球面网壳

3.4 竹叶形单层球面网壳

3.5 巨型网格结构建模与形体分析

3.6 小结

4 巨型网格结构静力性能与参数分析

4.1 引言

4.2 结构静力性能分析

4.3 结构内力分布规律

4.4 巨型网格结构的静力性能参数分析

4.5 小结

5 巨型网格结构稳定性能与参数分析

5.1 引言

5.2 稳定分析基本原理

5.3 结构特征值屈曲分析

5.4 结构非线性屈曲分析

5.5 巨型网格结构的稳定性能参数分析

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 主要创新点

6.3 进一步研究的展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

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