联方型弦支穹顶研究

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弦支穹顶的有限元模型 C8* 9$/$2* *+*)*/2 )10*+ 19 ,-,.*/01)*
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为提高结构效能，只设置三圈环向索以增强上部 单层网壳，从外至内竖向撑杆长度分别为 <&;;;;)， 5&>?@!)，5&:"<:)。根据文献［D］提出的设定原则， 设定三圈环向拉索（由外至内，以下同）的预应力值 分别为 >;!&;?EB(、 <!<&<>EB(、 "!"&5;EB(。在 施 工 中，可以通过控制各圈环索预应变值实现初应力的分 布。应当注意的是，以上确定拉索预应力值准确地讲
为进一步推广应用弦支穹顶体系，本文提出了一 种明确直接的分析方法“二阶段分析法”进行结构设 计的理论分析，指导弦支穹顶的结构设计。这种方法 万方数据
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的全过程分析。 设定网壳上表面 ! 向（竖向）均布恒载大小为 !"#$%&’( ，按照上表面各三角形面积将均布面荷载转 化为上弦节点集中荷载，从最外圈节点（节点 !）到 最内 圈 节 点 （ 节 点 ) ） ，各 节 点 集 中 荷 载 分 别 是 !!"*$%， (#"+$%， !,"+$%， !("+$%， -$%， ."!$%， *"+$%。此处，恒载和活载转化为节点集中荷载时考 虑了网壳结构的自重影响。采用通用有限元软件 /%0 121 对结构进行特性分析。 !"! 弦支穹顶特性 首先，分别考察只有荷载作用的单层球面网壳、 只有预应力作用的弦支穹顶以及外荷载、预应力共同 作用下的弦支穹顶的轴力分布情况，结果如图 .、图 * 所示。
收稿日期：+((%)(,)’#，收到修改稿日期：+((%)(M)’+ 国家自然科学基金资助项目（,(((M(’(）
万方数据
［-］ 顶的初始预应力分布及稳定性进行了分析 ，清华大
第 <! 卷
第D期
陈志华等 ・ 联方型弦支穹顶研究
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［!］ 学对凯威特弦支穹顶的承载能力进行了研究 。
将设计过程分为两个阶段：第一阶段中确定适当的预 应力值，产生与外荷载相反的杆件内力；第二阶段中 将拉索和网壳作为弹性整体进行分析。为确保拉索不 出现松弛，避免拉索节点以及结构整体的破坏，分析 了不同结构参数的结构体系以全面了解拉索的应力变 化和结构性能。另外，对单层球面网壳和弦支穹顶进 行了特征值屈曲分析，考虑了结构几何初始缺陷的影 响。通过对比得出了结论，为弦支穹顶的实际工程应 用提供了相关的理论基础和指导性建议。
理想的弦支穹顶是在单层球面网壳的下部引入张 拉整体体系以增强结构的整体刚度（图 "） 。单层球 面网壳能提供一定的刚性支承，减小下部张拉整体体 系的柔性，与索穹顶体系相比，能显著的减小拉索中 所需的预应力。弦支穹顶中的张拉整体结构部分通过 对上部单层球面网壳预加反向荷载，能极大地增强结 构的整体稳定性能，并能减小弦支穹顶结构体系对周 圈支座的反力。
表! 杆件单元应力比较验证二阶段设计法（$%&） ’&()* +
单元编号
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单层球面网壳和弦支穹顶轴力对比 67’89:4;7< 7= 9>49? ;@:A;;A; BA@CAA<
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! 弦支穹顶结构的基本特性及二阶段设计法
!"# 分析模型 选取某一试验模型分析联方型弦支穹顶的特性并 说明 二 阶 段 分 析 方 法。分 析 模 型 跨 度 :!&;)，矢 高 。节点铰接，支座采用两 :&!)，矢跨比为 ;&"（图 <） 向约束的形式，即径向放松、竖向切向固定，以减小 上部结构对下部支撑体系的作用并释放温度应力的影
关键词：联方型弦支穹顶；预应力设定；矢跨比；节点刚度；屈曲分析 中图分类号：!"#$% 文献标识码：& 文章编号：’((()’#’*（+((,）(,)((#%)(-
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! 引
言
日本 N:53. 大学的川口卫教授 ’$$# 年提出并研究 了一 种 新 型 的 复 合 空 间 结 构— — —弦 支 穹 顶 结 构 体
［’鶫#］ ［%］ 系 ，进行了振动试验研究以验证其动力性能 。
近年来，空间结构领域的研究得到飞速发展。平 板网格体系、网壳结构体系以及张拉整体结构体系都 在全球范围内得到广泛应用。基于张拉整体思想的预 应力空间结构体系，可以充分利用高强拉索的材料特 性，并能优化结构体系的内力分布，因而其发展非常
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联方型弦支穹顶研究
陈志华
摘要：
李阳
（天津大学）
康文江
在分析天保中心弦支穹顶的工程实例及相关研究的基础上，提出了弦支穹顶的二阶段分
析方法。采用二阶段分析方法，对选定的结构模型，与单层网壳相比较，分析了联方型弦支穹顶 的结构性能。研究了不同矢跨比、不同撑杆长度、不同节点刚度等参数变化条件下联方型弦支穹 顶的特性，同时考虑了不同的荷载组合情况。对联方型弦支穹顶进行了屈曲分析。研究分析结果 表明弦支穹顶须按预应力模型进行分析；联方型弦支穹顶是一种高效的结构形式，其屈曲承载力 大于相应的单层球面网壳；二阶段分析法是弦支穹顶一种有效的分析设计方法；较为浅平的弦支 穹顶的拉索预应力应进行专项分析；撑杆较长有利于增大抵抗力并避免环向拉索的松弛；不对称 荷载为主要工况时有必要对拉索的松弛进行专题校核分析。