温度及预应力对索穹顶结构可靠度的影响分析

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索穹顶结构是由连续拉索与若干独立压杆组成的自平衡柔性结构体系,屋面一般以膜覆盖。该类结构具有灵活轻盈的建筑外形和高效经济的结构性能,非常适于体育场馆等大型结构的屋盖。索穹顶结构的理论分析与张拉施工成形技术都已经发展的比较成熟,在我国也相继建成了多处实际工程,最大跨度达到71.2m。然而,不同于其他常规的已经大量应用的成熟结构体系,作为一种新型且应用尚少的结构体系,这些在役或新建工程结构的可靠性能以及不同因素对其可靠性能的影响是值得深入研究的。为此,本文在介绍了基本分析理论及存在的问题基础上,研究了拉索抗力分项系数确定方法,并以内蒙古伊旗全民健身体育中心Geiger型索穹顶结构为例,分析了温度以及预应力对该类索穹顶结构可靠度的影响,主要研究内容及结论如下:  (1)介绍了索穹顶结构基本概况和可靠度理论及方法,并简要说明了索穹顶结构可靠度分析存在的一些问题。  (2)以高强钢丝和高强钢绞线拉索的试验数据为基础,对拉索抗力不确定性进行了分析,并得到了高强钢绞线拉索抗力的统计参数。考虑两种荷载效应基本组合,采用JC法结合Matlab编制相应的程序计算得到了钢绞线拉索的抗力分项系数,最后给出了钢绞线拉索的安全系数。  (3)采用响应面法和蒙特卡罗法两种有限元可靠度分析方法,分别对索穹顶结构在-40~40℃温差作用下的正常使用极限状态和承载力极限状态下的可靠度进行分析,找出了不同失效模式下的主要失效构件,并给出了各随机输入变量的灵敏度。通过两种方法的对比,索穹顶结构应用响应面法分析可靠度是可行的。  (4)分析了预应力作用对索穹顶结构可靠度的具体影响程度。每类拉索预应力以及整体预应力的变化范围取为初始预应力的0.6~1.4倍,分别计算与分析每类拉索及整体预应力变化对不同失效模式下可靠指标的影响程度。给出了可靠指标随预应力改变的变化规律,并很好地与每类拉索的灵敏度相对应。  上述研究成果,对索穹顶结构的可靠度分析及其推广应用具有很好的参考价值。  
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