大跨度悬索拱屋盖的计算和设计理论

摘要

预张力悬索拱结构组合了悬索结构和拱结构的受力特点，是一种轻质高效的结构体系。国内迄今唯一的悬索拱屋盖体系成功应用的实例是吉林省速滑馆，本论文即以该工程为背景，展开对大跨度预张力悬索拱体系的选型、优化、稳定、抗震和施工过程模拟分析。 本文概括了大跨度结构的选型应当考虑的几个因素，对比分析了网壳、空间桁架、张弦梁和悬索拱结构的受力性能、室内空间利用率和建筑美感等经济技术指标，说明悬索拱结构是最优方案。本文还总结大跨度预张力结构合理形态方面的几个原则，对比分析了悬索垂跨比、吊索形式、拱梁矢跨比、桅杆倾角等因素对悬索拱结构力学性能的影响，确定了结构的最优空间几何形态，并提出了预张力确定的几个原则。 本文总结了预张力结构的特征值屈曲分析方法，研究了不同荷载和不同预张力下悬索拱结构的特征值屈曲，归纳了结构特征值屈曲的特点和预张力对其影响。进一步分析了考虑初始缺陷和材料弹塑性悬索拱结构的极限承载力，提出了进行大跨度屋盖结构的稳定设计时，必须根据结构整体稳定的特征决定设计方法，不能简单套用现行网壳结构设计规程对结构整体稳定设计的规定的设计思想。 本文在对预张力悬索拱结构动力特性分析的基础上，利用底部剪力法、反应谱法和动力时程法分析了的结构的地震作用效应，提出了针对该种结构体系地震反应分析的建议，以供设计参考。 本文在总结文献对预张力结构施工过程模拟方法的基础上，提出了张拉过程中索单元的数值处理方式。最后对吉林省速滑馆悬索拱屋盖结构施工过程进行了跟踪模拟和施工误差分析，结果表明文中针对结构自身全铰接特点所选的施工张拉方法是合理的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1大跨度建筑结构的发展概述

1.2空间结构领域研究现状

1.2.1网架网壳结构

1.2.2膜结构和索网结构体系

1.2.3索与钢结构的组合结构体系

1.3本文的研究工作

1.3.1研究对象

1.3.2本文的研究内容

1.3.3本文的关键点和创新点

参考文献

第2章结构选型与优化

2.1引言

2.2屋盖体系结构形式的分析比较

2.2.1方案一：网壳

2.2.2方案二：空间拱(桁)架

2.2.3方案三：张弦梁

2.2.4方案四：悬索拱体系

2.3悬索拱体系的形态优化

2.3.1悬索拱体系的形态分析

2.3.2悬索拱体系的形态优化

2.4初始态确定

2.4.1合理初始预张力的确定原则

2.4.2实例分析

2.5屋盖结构布置

2.6本章小结

参考文献

第3章悬索拱结构稳定分析

3.1引言

3.2非线性有限元基本方程

3.2.1几何非线性

3.2.2材料非线性

3.3特征值屈曲分析

3.3.1特征值屈曲分析基本理论

3.3.2预张力结构的特征值屈曲分析

3.3.3悬索拱结构特征值屈曲分析算例

3.4极限承载力分析

3.4.1对称荷载下的极限承载力分析

3.4.2不对称荷载下的极限承载力分析

3.5本章小结

参考文献

第4章悬索拱结构抗震设计理论

4.1引言

4.2地震作用分析理论

4.2.1反应谱法

4.2.2时程分析法

4.2.2随机振动法

4.3时程分析法基本理论

4.3.1地震波的调整和模拟

4.3.2时程积分理论

4.3.3阻尼理论

4.4大跨度预张力结构的动力特性

4.4.1动力特性计算理论

4.4.2悬索拱结构动力特性算例

4.5悬索拱屋盖结构的抗震设计

4.5.1设计方法选择

4.5.2计算结果比较

4.6本章小结

参考文献

第5章悬索拱结构施工过程分析

5.1引言

5.2预张力结构施工过程分析方法

5.2.1施工过程分析方法

5.2.2索单元的处理

5.3速滑馆悬索拱结构施工过程描述

5.4张拉过程跟踪

5.4.1张拉设备和工艺

5.4.2张拉过程中结构几何尺寸跟踪测量

5.4.3张拉过程中索力测量

5.5施工误差分析

5.6本章小结

参考文献

第6章结论与展望

6.1结论

6.2进一步的工作方向

致谢

在读期间发表的学术论文与研究成果