空间径向整体开合屋盖结构工作机理和全过程受力性能分析及试验研究

摘要

随着各种体育场馆的不断兴建，开合屋盖结构越来越多地出现在人们的视野中。它能够根据天气的变化和场馆使用的需要全部或部分开启和关闭屋盖，使场馆实现室内、室外空间相互转换，对场馆进行充分地利用与保护，保证赛事的如期举行，因此越来越受到社会各界的青睐。 本文对一类以杆系结构为基础的空间径向整体开合屋盖结构进行了工作机理分析、模型设计制作、模型试验、数值模拟分析等，以期为此类开合屋盖结构的实际推广运用奠定技术基础。具体内容如下: 首先简要回顾了开合屋盖结构的发展历程和研究现状，介绍了国内外已经建成的部分开合屋盖建筑，并总结了在开合屋盖结构设计和分析中应注意的一些问题，以便于后续的研究和分析。 介绍了一种由折杆单元组成的连杆机构——折叠杆系结构(Foldable Bar Structures，FBS)，以及由此连杆机构中的一类Hoberman连杆机构为基础设计的径向开合板式结构(Radially Retractable Plate Structures，RRPS)，分析了其工作机理和运动特点，并讨论了将其运用到开合屋盖结构设计中去的可行性与合理性。 选取合适的参数，设计制作了空间径向整体开合屋盖结构模型，分析了不同轨道设置下开合屋盖结构的不同运动状态，提出了隐藏轨道和传动连杆的优化设计方法。 对所设计开合屋盖结构模型进行了在不同荷载下的运动过程模型试验，通过对屋盖闭合过程中各关键杆件的内力和关键节点的挠度变化过程的测量，分析了该模型的受力特性，对不同荷载下的试验结果进行了对比分析。 运用ADAMS和ANSYS软件联合仿真对试验模型进行了运动过程时程分析，并与试验结果进行对比，验证了试验结果的正确性。通过对模型进行参数化分析，考察了不同参数对模型运动过程的影响。 在模型试验和计算机仿真分析的基础上，对空间径向整体屋盖结构设计方法进行了总结，为今后此类结构的设计提出了建议。 本文的研究结论对空间径向整体开合屋盖结构的研究与工程推广运用提供了有益的参考依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．1．1 可展结构的概念

1．1．2 可展结构在土术工程领域中的运用

1．1．3 可展结构的发展

1．2 开合屋盖结构的概念

1．2．1 开合屋盖结构的出现

1．2．2 开合屋盖结构的组成

1．3 国内外研究现状

1．3．1 形态研究及结构体系判定研究

1．3．2 剪式铰单元

1．3．3 开合屋盖结构的研究

1．4 实际工程应用

1．4．1 国外开合屋盖建筑

1．4．2 国内开合屋盖建筑

1．5 目前开台屋盖研究中存在的问题

1．6 本文主要研究内容

参考文献

第2章 空间径向整体开合屋盖的工作机理研究

2．1 开合屋盖的开合方式

2．1．1 开合屋盖结构的开合方式

2．1．2 运动副

2．2 FBS连杆机构运动形式分析

2．2．1 FBS连杆机构可展性证明

2．2．2 FBS连杆机构运动特点

2．2．3 FBS连杆机构运动过程模拟分析

2．3 径向开合板式结构

2．3．1 径向开合板式结构转化方法

2．3．2 径向开合板式结构设计需满足要求

2．3．3 空间径向整体开合屋盖特点

2．4 开合屋盖的开启率

2．5 本章小结

参考文献

第3章 空间径向整体开合屋盖结构模型设计与制作

3．1 模型参数确定与分析

3．1．1 FBS连杆机构确定

3．1．2 RRPS结构设计

3．1．3 轨道布置分析

3．2 概念模型设计与制作

3．2．1 轨道隐藏优化设计

3．2．2 模型制作与展示

3．3 试验模型优化设计与制作

3．3．1 试验模型优化设计

3．3．2 试验模型加工制作

3．4 本章小结

参考文献

第4章 空间径向整体开合屋盖结构模型试验研究

4．1 试验准备

4．1．1 试验模型部件

4．1．2 试验模型组装

4．2 试验仪器选用和测点布置

4．2．1 挠度测量

4．2．2 应变测量

4．3 试验操作

4．4 试验结果分析

4．4．1 固定屋盖挠度比较分析

4．4．2 杆件内力比较分析

4．5 本章小结

参考文献

第5章 空间径向整体开合屋盖结构数值模拟分析

5．1 引言

5．2 理论基础

5．2．1 ANSYS软件简介

5．2．2 ADAMS软件简介

5．3 试验模型运动过程精细化模拟分析

5．3．1 在ANSYS中建立柔性体模型

5．3．2 运用ADAMS进行模型组装及运动过程模拟

5．3．3 计算结果分析比较

5．3．4 与试验结果比较

5．4 参数分析

5．4．1 固定屋盖刚度对结构的影响

5．4．2 轮于与轨道间摩擦系数μ对结构的影响

5．4．3 活动屋盖运动速度v对结构的影响

5．5 本章小结

参考文献

第6章 空间径向整体开合屋盖结构设计方法

6．1 引言

6．1．1 现阶段开合屋盖结构设计参考标准

6．1．2 开合屋盖结构分析设计的不同点

6．2 空间径向整体开合屋盖设计

6．2．1 建筑设计

6．2．2 结构设计

6．2．3 驱动控制系统设计

6．3 本章小结

参考文献

第7章 结论与展望

7．1 本文总结

7．2 今后工作展望

致谢