拉索预应力空间网格结构的设计与应用

摘要

拉索预应力空间网格结构的设计与应用专业:结构工程研究生:王建伟指导教师:何保康教授兼职导师:乔岐林教授摘要拉索预应力空间网格结构是近几年发展比较快的新型空间结构体系.在空间网格结构中通过拉索引入预应力,能够有效地提高结构承载力.控制结构变形,降低工程造价.该文首先介绍了空间结构的发展趋势及拉索预应力空间网格结构的应用情况,概述了网格结构与拉索预应力空间网格结构的分析方法及其相互关系,论述了空间杆系桁架位移法,拉索作用机理,阐述了拉索预应力空间网格结构的优化设计及全过程设计的设计方法,包括拉索预应力空间网格结构使用阶段的设计和施工阶段的设计.该文通过两个大型体育场馆的工程实例,详细介绍了拉索预应力空间网格结构设计的全过程,从方案的选取,设计思路,布索方案,合理索拉力的选取,结构计算,到最终计算结果的分析,结构动力性能的分析,以及几种方案的经济比较,详细分析了该结构形式的优缺点.该结构形式在工程界具有广阔的应用前景.

目录

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1.绪论

1.1空间结构的发展趋向

1.2拉索预应力空间网格结构在我国的研究概况及应用

1.3拉索预应力网格结构优点及研究方向

2.拉索预应力网格结构的形式与分类

3.空间网格结构的一般设计原则及计算方法

3.1预应力空间网格结构的荷载作用

3.1.1荷载类型

3.1.2温度作用

3.1.3地震作用

3.2荷载效应组合

3.3网架结构的计算方法

3.3.1基本假定和计算模型

3.3.2网架结构计算方法概述及其分类

3.4组合网架结构的计算方法

3.5拉索预应力网格结构的结构特性和一般设计原则

3.5.1拉索产生预应力的本质

3.5.2拉索预应力网格结构的结构特点

3.5.3拉索预应力网格结构的多阶段设计及其工况特点

3.5.4拉索的布置和预应力的取值

3.5.5拉索的材料及索的制作

3.5.6拉索的强度验算

4.预应力网格结构的有限元分析方法

4.1空间铰接杆单元刚度矩阵

4.1.1位移插值函数

4.1.2几何条件

4.1.3物理条件

4.1.4单元刚度矩阵

4.2拉索的等效弹性模量

4.3拉索单元的刚度矩阵

4.4分析方法

4.5边界条件处理

4.6温度、初应变的影响

5.拉索预应力空间网格结构的优化设计

5.1数学模型及求解思路

5.1.1数学模型

5.1.2求解思路

5.2优化方法

5.2.1一级优化

5.2.2二级优化

5.3小结

6.拉索预应力空间网格结构全过程设计的分析方法

6.1基于初始缺陷长度的分析方法

6.2施工阶段力学问题的分析方法

6.2.1一批索退出工作后的分析方法

6.2.2后批张拉索（束）对前批张拉索（束）张力的影响

6.3小结

7.拉索预应力网格结构的节点构造及施工

7.1节点构造

7.2拉索预应力网格结构的施工

8.工程实例

8.1某体育中心体育馆屋盖系统设计

8.1.1计算条件

8.1.2计算结果分析（末注明者，单位为牛顿、米制）

8.1.3索的拉力情况及施工控制

8.1.4温度作用

8.1.5动力特征

8.2某大学体育馆屋盖系统设计

8.2.1结构选型

8.2.2网格的划分与支座布置

8.2.3荷载类型及其效应组合与边界条件

8.2.4塔柱单元刚度矩阵的确定

8.2.5结构内力分析与截面设计

8.2.6结构方案优越性论证

8.3小结

9.结语

致谢

参考文献