预应力空间钢结构的理论分析与应用研究

摘要

预应力空间钢结构包括把预应力技术应用到桁架、网架、网壳等传统空间钢结构形成的杂交结构体系和以索、杆组成的新的张力结构.预应力可以改变空间钢结构的受力状态,提高结构承载力和刚度,可以构成新的结构体系和结构形式(如张弦梁、索穹顶结构等).预应力空间钢结构自身具有较多不同于常规结构的特点.随着时代的发展,空间结构的造型日益新颖奇特,这对预应力空间钢结构的应用提出了新的课题.如为2005年第十届全国运动会而建造的南京奥林匹克体育中心的游泳馆、体育馆,其屋盖部分预应力空间钢结构方案,就有一些需要解决的问题.因此需要对预应力空间钢结构的有关理论,尤其是对应用较广而需要进一步探讨的几种预应力空间钢结构形式进行深入地研究,以便更加科学、合理地指导工程实践.为此该文在总结前人研究工作的基础上,结合南京奥林匹克体育中心游泳馆、体育馆屋盖部分的预应力空间钢结构工程实际,对预应力空间钢结构计算理论、设计方法和工程应用等问题进行研究,其中着重研究预应力拱形结构和预应力网壳结构.该文系统地总结了预应力空间钢结构分析和设计的一些共性问题,并对若干关键性技术进行了深入探讨,提出了相应设计方法,对结构工程师设计预应力空间钢结构有重要的指导意义.同时,该文对预应力拱形结构和预应力网壳结构的研究为南京奥林匹克体育中心游泳馆和体育馆屋盖的结构设计提供了帮助.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1预应力空间钢结构的类型和特点

1.2目前预应力空间钢结构的发展和研究状况

1.3本文研究的内容和意义

第二章预应力空间钢结构分析与设计的共性问题

2.1关于预应力的几个基本问题

2.1.1预应力的建立

2.1.2张锚体系

2.1.3预应力拉索及其预应力度的选择

2.1.4预应力损失

2.2结构分析计算

2.2.1极限状态设计法

2.2.2预应力荷载的计算

2.2.3结构分阶段设计方法

2.2.4结构有限元分析

2.2.5结构动力分析

2.2.6结构稳定性分析

2.2.7温度作用的计算

2.3结构优化设计

2.4节点设计

2.4.1锚固节点

2.4.2转折节点

2.4.3支座节点

2.5本章小结

第三章预应力拱形结构的分析与设计

3.1引言

3.2拱形结构的形式

3.2.1拱形结构的轴线形式

3.2.2拱形结构的横截面形式

3.3固定铰预应力拱形结构的分析与设计

3.3.1概述

3.3.2预应力拉索的布置方案

3.3.3算例分析

3.3.4小结

3.4滑动铰预应力拱形结构的分析与设计

3.4.1概述

3.4.2等效荷载理论

3.4.3预应力拉索的布置方案

3.4.4小结

3.5弹性支座拱形结构的分析与设计

3.5.1概述

3.5.2支座抗推刚度对结构的影响

3.5.3支座条件的两阶段考虑

3.5.4小结

3.6预应力拱形结构等效荷载计算方法验证试验

3.6.1试验目的

3.6.2拱形结构整体预应力效应理论分析

3.6.3试验模型的应力和位移分析

3.6.4模型基本信息

3.6.5试验预应力加载

3.6.6试验应力和位移测试

3.6.7试验结果分析

3.6.8小结

3.7南京奥林匹克体育中心游泳馆预应力拱形结构屋盖设计

3.7.1概述

3.7.2结构计算分析

3.7.3支座设计

3.8本章小结

第四章预应力网壳结构

4.1引言

4.2预应力网壳的分类

4.3预应力对网壳的作用

4.3.1改善网壳结构的受力状态，提高结构承载力，节约钢材

4.3.2增加结构的整体刚度，提高抗震性能

4.3.3减小网壳对下部结构的水平力

4.4预应力拉索的布置方案

4.4.1布索原则

4.4.2球面网壳和双曲扁网壳

4.4.3柱面网壳

4.4.4双曲抛物面鞍形网壳和扭网壳

4.5预应力网壳的计算分析

4.5.1预应力的计算方法

4.5.2预应力度的控制

4.5.3稳定计算

4.5.4加载方案

4.5.5施工张力的计算

4.6南京奥林匹克体育中心体育馆屋盖预应力网壳方案分析

4.6.1概述

4.6.2方案比较

4.6.3结构动力分析

4.6.4小结

4.7本章小结

第五章结语

参考文献

致 谢