大跨度弦支穹顶结构的静力及动力稳定性分析

摘要

弦支穹顶(suspend-dome)是一种新型复合空间结构体系。它运用整体张拉思想，将单层网壳和预应力拉索巧妙地结合起来。对此类结构以往的研究多限于中、小跨度。本文以一大跨弦支穹顶结构为研究对象，采用通用有限元分析软件ANSYS，分析大跨度弦支穹顶结构的静力稳定和动力稳定特性。主要进行了以下三个方面的工作：
　　 1.分析了拉索布置方式、拉索预应力的大小、撑杆高度、结构矢跨比、结构的初始缺陷对大跨度弦支穹顶结构的静力稳定性能的影响。发现预应力拉索的布置可以明显提高弦支穹顶的极限承载力；矢跨比的增加能明显改善结构的稳定性能；支座附近的拉索对稳定性能的提高起关键性作用；初始缺陷的增加明显降低结构稳定承载力。
　　 2.对弦支穹顶结构的自振特性进行分析，分析时考虑了矢跨比、初始缺陷、屋面结构重量和支座约束等影响因素，并与相应的单层网壳进行对比。
　　 3.分别计算了在竖向、水平和三向地震作用下的40m跨度的弦支穹顶和单层网壳的动力动力稳定性，发现预应力拉索的引入对结构动力稳定性能的影响主要体现表现为：预应力拉索的引入改变了弦支穹顶空间结构的传力路径，提高了结构的刚度和稳定极限承载能力，改变了结构失稳时的整体变形形式。在竖向、水平和三向地震作用下对比分析了40m跨度和120m跨度的弦支穹顶结构动力稳定性，得出大跨度(120m)弦支穹顶与中小跨度弦支穹顶的不同主要体现在以下两个方面：大跨度弦支穹顶结构为了控制结构位移的需要，需施加较大的预应力。当加速度幅值较小时，结构的位移较小，但加速度幅值一旦达到极限承载力，结构位移会突然明显加大，与小跨度弦支穹顶结构相比，具有明显的脆性破坏的性质；拉索较大预应力的引入增大了与其相连的上部环向杆件的应力，使环向杆件在三维地震作用下更容易进入塑性。
　　 本文的研究成果不仅可为实际工程设计提供参考，而且可为完善相关的技术标准提供理论依据。