成都新国际会展中心空间钢屋盖结构优化研究

摘要

下弦管内预应力梭形空间桁架结构是梭形空间桁架和预应力相结合的新型空间结构形式，在成都新国际会展中心工程中得到了应用。本文以成都新国际会展中心工程为背景，展开相关研究工作，主要包括以下几方面内容： (1)讨论了下弦管内预应力梭形空间桁架的计算方法，得出了其等效荷载的简化计算方法； (2)对下弦管内预应力梭形空间桁架结构进行力学性能研究，探讨该结构中预应力的作用； (3)根据线性规划法理论提出了增加施工状态约束的单次预应力钢结构优化设计方法，并以下弦管内预应力梭形空间桁架结构作为算例，对其进行了验证； (4)提出采用耦合节点的方法来模拟预应力索在下弦管内的滑动，并对耦合节点方法和等效荷载方法进行了计算比较； (5)讨论了下弦管内预应力梭形空间桁架的初始预应力的确定和实现方法，并编制了二次开发的APDL程序，该程序计算循环次数低，是一种有效的计算方法，同时，该程序还适用于其它预应力钢结构如张弦桁架的分析； (6)对空间桁架结构、预应力桁架结构和张弦梁结构三种广泛使用的梁式屋盖结构体系进行分析，得出了三种结构形式在不同跨度范围内的造价曲线，由此得出三种结构适用的经济跨度； (7)提出一些有价值的结论和建议供类似工程参考。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.1.1中国大陆建筑钢结构产业的发展

1.1.2大跨空间结构在我国的发展

1.1.3大跨空间结构的特点与分类

1.2预应力桁架结构

1.2.1预应力桁架结构的发展

1.2.2国内预应力桁架结构工程简介

1.2.3下弦管内预应力梭形空间桁架结构

1.3成都世纪新城—国际会展中心展览馆工程简介

1.4本文研究的主要内容

第二章下弦管内预应力梭形空间桁架静力分析

2.1预应力钢结构的特点

2.2预应力钢结构的受力机理

2.3预应力钢结构的加载方案

2.3.1单张法

2.3.2多张法

2.4多次预应力钢结构的拆卸过程

2.5下弦管内预应力梭形空间桁架的计算方法

2.5.1有限元方法

2.5.2等效荷载法

2.6下弦管内预应力梭形空间桁架静力性能分析

2.6.1计算模型介绍

2.6.2梭形空间桁架杆件受力性能分析

2.6.3预应力作用下梭形空间桁架受力性能分析

2.7本章小结

第三章下弦管内预应力梭形空间桁架优化设计

3.1优化设计算法概述

3.2本文所采用的优化算法

3.2.1线性规划

3.2.2单纯形法

3.3单次预应力钢结构优化模型及优化设计步骤

3.3.1单次预应力钢结构优化设计模型

3.3.2单次预应力钢结构优化设计步骤

3.4下弦管内单次预应力梭形空间桁架优化设计算例

3.4.1优化设计模型介绍

3.4.2优化设计过程

3.4.3施加预应力的效益分析

3.5本章小结

表

第四章下弦管内预应力梭形空间桁架施工阶段分析

4.1下弦管内预应力梭形空间桁架的有限元计算

4.1.1成都—国际会议展览中心钢屋盖有限元模型介绍

4.1.2预应力模拟方法

4.1.3考虑几何非线性与否的比较与选择

4.2初始预应力的确定和实现

4.2.1问题的提出

4.2.2单榀桁架预应力的确定

4.3索张拉伸长值计算

4.3.1普通预应力砼预应力筋张拉伸长值计算

4.3.2下弦管内预应力梭形空间桁架张拉起拱对伸长值的影响

4.4下弦管内预应力梭形空间桁架胎架张拉分析

4.4.1胎架张拉的模拟

4.4.2胎架摩擦力对预应力桁架张拉的影响

4.4.3胎架下沉对预应力桁架张拉控制的影响

4.5本章小结

第五章梁式钢屋盖结构体系造价曲线研究

5.1空间桁架结构

5.1.1空间桁架结构的发展

5.1.2钢管空间桁架结构体系

5.1.3三角形钢管空间桁架体系

5.1.4空间桁架结构体系杆件计算长度

5.2预应力空间桁架结构

5.2.1预应力空间桁架结构的发展

5.2.2预应力空间桁架的截面形式和几何尺寸

5.3张弦梁结构

5.3.1张弦梁结构的发展

5.3.2张弦梁结构的特点和预应力的作用

5.4空间桁架、预应力桁架、张弦梁结构造价曲线研究

5.4.1基本设计参数

5.4.2荷载取值及工况组合

5.4.3三种结构的造价计算方法

5.4.4设计计算结果

5.4.5造价曲线形式及其分析

5.5本章小结

第六章全文总结

参考文献

致谢