大型双向张弦桁架结构模型试验研究与有限元仿真

摘要

本文以在建的国家体育馆双向张弦桁架屋盖结构为原型，按1：10比例建立缩尺试验模型，进行了不同方案的弦索张拉试验研究以及模型加载试验研究，最后对部分试验过程进行了计算机有限元仿真。 通过模型弦索张拉试验发现，该结构双向弦索在张拉过程中会产生较大的相互影响和预应力损失、合理的弦索张拉值会产生理想的桁架反拱、在弦索设计预加力状态下，桁架杆件基本处于低应力状态，但应当注意弦索锚固点局部构件应力；通过弦索对比张拉方案发现，弦索分级张拉要比单级张拉结构结构变形和内力变化更均匀和稳定，在实际施工中宜采用分级张拉方法；通过模型加载试验发现，该结构具有良好的刚度，在设计荷载作用下，弦索应力较低，有很高的安全储备；通过有限元仿真发现，该结构的弦索张拉效果对支座约束非常敏感，充分考虑实际情况的有限元模型能够对试验模型进行较好的仿真模拟。

目录

文摘

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北京建筑工程学院硕士学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1概述

1.2预应力张弦梁结构的工程应用

1.3预应力双向张弦梁结构的研究现状

1.4预应力双向张弦梁结构研究中存在的问题

1.5本文主要工作

第二章国家体育馆双向张弦桁架试验模型设计与制作

2.1国家体育馆双向张弦桁架屋盖概况

2.1.1工程结构特征

2.1.2工程难点与重点

2.2国家体育馆双向张弦桁架屋盖模型试验的目的

2.2.1针对工程的复杂性和重要性

2.2.2针对工程的施工张拉难度

2.2.3针对工程的施工滑移难度

2.2.4针对结构的特殊性，为编制施工验收标准作参考

2.3结构模型试验的基本理论

2.4国家体育馆双向张桁架屋盖1∶10试验模型

2.4.1模型的设计

2.4.2模型的相似度

2.4.3模型的制作、加工和安装

2.4.4测点布置和测试方法

2.5本章小结

第三章模型弦索双向张拉试验研究

3.1试验模型双向弦索张拉方案和过程

3.1.1国家体育馆屋盖双向弦索实际施工张拉方案

3.1.2模型试验弦索张拉方案

3.1.3模型弦索试验张拉过程

3.2方案一试验数据分析

3.2.1中间横梁支反力

3.2.2弦索预加力损失

3.2.3弦索内力沿索长分布

3.2.4张弦桁架的变形

3.2.5张弦桁架的内力

3.2.6张弦梁结构撑杆

3.3方案二试验数据分析

3.3.1中间横梁支反力

3.3.2弦索预应力损失

3.3.3张弦桁架的变形

3.3.4张弦桁架的内力

3.3.5张弦梁结构撑杆

3.4方案一、二数据分析对比

3.5本章小结

第四章模型加载试验研究

4.1模型试验加载方案和过程

4.1.1试验加载标准

4.1.2试验荷载分级与施加

4.2模型加载过程弦索受力分析

4.2.1加载过程索力变化和分布

4.2.2弦索内力受活荷布置影响

4.3模型加载过程结构变形

4.3.1竖向变形

4.3.2水平变形

4.3模型加载过程桁架内力

4.3.1上弦杆件

4.3.2下弦杆件

4.4模型加载过程撑杆内力

4.5本章小结

第五章国家体育馆屋盖模型试验计算机仿真

5.1几何非线性有限元基本理论

5.2基于Ansys的双向张弦桁架有限元模型

5.3试验张拉过程的模拟

5.4试验加载过程的模拟

5.5本章小结

第六章结论和展望

6.1本文主要创新点

6.2主要结论

6.3展望

参考文献

致谢