一种新型的索杆张力结构—“弦辐穹顶”的研究分析

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弦辐穹顶(Chord Spoke Dome)是一种全新的预应力索杆结构体系,它的布索方案来源于“连续压间断拉”的平面弦辐结构的构造原则,同时又吸收了“连续拉间断压”张拉整体索穹顶结构的很多优点,形成的一种独特的、完整的结构体系。弦辐穹顶结构,具有许多优良的力学性能和新颖的建筑造型,这些都是其它结构形式无法比拟的,因而,这种结构形式有着广阔的发展前景。但是,迄今为止,还没有哪一位学者对这种结构形式做过研究分析,所以,本文试图从各个角度对这种结构做比较全面的分析,以促进这种结构能在工程实践中得以实现。本文的前半部分,首先详细论述了弦辐结构产生的背景和研究的现状,提出了弦辐穹顶结构的新构想。其次对弦辐穹顶结构做了结构形态分析,构造出了各种各样几何外形的弦辐穹顶,并结合弦辐穹顶结构的几何特点,提出了以开关天窗的方式实现结构开合的思想。紧接着完成了弦辐穹顶结构的几何构造分析,给出了其中一种弦辐穹顶结构的整体可行预应力的分布模态,判定了其几何稳定性,并在此基础上将弦辐穹顶结构体系与张拉整体索穹顶结构体系,做了比较全面的对比分析。本文的后半部分,都是以Visual Basic语言为界面,编制了非线性有限元的分析程序,分别对弦辐穹顶结构做了荷载态分析、施工过程跟踪分析以及可靠性分析。在做荷载态分析时,详细推导了空间杆系结构的几何非线性有限元分析方法,计算出了弦辐穹顶结构在全跨均布荷载作用下的力学反应。在做施工过程跟踪分析时,先介绍了一般索杆张力结构的施工方法,探讨了这些施工方法的一些局限性,提出采用增加调节索的办法,对弦辐穹顶结构进行施工,取得了较好的效果。在做可靠性分析时,阐述了传统结构体系可靠度分析方法的局限性,创造性地提出了基于计算机仿真思想的结构体系可靠度的分析方法——扩展荷载减量法,并以此为基础,总结提出了以可靠度为最终指标的全新的结构设计理念。
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