弦支穹顶结构自振特性预应力
联方凯威特型弦支穹顶结构预应力设定的探讨
联方凯威特型弦支穹顶结构预应力设定的探讨陈向荣，李小利，李海龙，刘伟（西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055）[摘要]本文在对比各种确定预应力方法的基础上，引入刚性索法。
利用刚性索法对选定的模型进行预应力的设定，对比设定前后结构的力学性能的变化，并与单层网壳对比。
研究结果证明了本文采用刚性索法设定预应力的有效性，同时也表明刚性索法能更好的贴合预应力的设定原则、达到预应力的设定目标。
[关键词]弦支穹顶结构；预应力设定；刚性索法The discussion on the prestress set on the Lamella-Kiewit suspendomeChen Xiangrong，Li xiaoli，Li Hailong，Liu Wei（Department of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an710055，China) Abstract: Based on the contrast of the prestress determined methods,puts forward the rigid cable ing the rigid cable method setting prestress to the selected model, contrasts the structural changes of mechanical properties before and after the setting,and compare with the single-layer shells.The results show that the rigid cable method adopted in this paper to set the prestress is effective. And it also shows that the rigid cable method can better fit to the setting policy and also meet the prestress setting goals.Keywords:suspendome;prestress set;rigid cable method0 引言预应力弦支穹顶结构是由上部单层球面网壳和下部张拉整体体系组合而形成的一种新型杂交空间结构体系。
弦支穹顶体系及其结构动力特性分析
２ 弦支穹顶 的特 点
从 结构体 系上看 ， 弦支 穹顶 作为 刚、 结合的新型 杂交 柔 空间结构 ， 与单层 球面 网壳结 构及索 穹项等 柔性 结构相 比 ， 具有 如下特点 ：
１ １ 弦支穹项是一种异钢种预应力空间钢结构， 其中高强 度预应力拉索的引入使钢材的利用更加充分，结构自重及
１０ １；． ００ ３机械工业出版社 ， １ 北京 １０３ ） ００７
【 要】 摘 弦支穹顶姑构体 系是在 索杆张力体 系和单层网壳基础上发展起 来的一种新型复合 空间姑构。本文概述 了弦支穹顶结构产 生的背景和结构原理 ， 采用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 程序进行 了姑构的模态分析和地震响应分析， 得到 了弦支穹顶 结构体系的动力性能姑果， 并将弦支穹
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弦支穹顶体 系及其结构动力特性分析
工程建设与设计
２０ ０ ６年第 ３ 期
弦支穹顶体 系及其结构动力特性分析
林素颐 ，杜 国良 ｚ 马宏 ， ， ，
（． 京工业大学建 筑工程学 院 ， 京 １０ ２ ； ． 京国 电华北 电力 工程 有 限公 司， 京 １ 北 北 ０ ０２ ２ 北 北
载作用反向的变形和内力，使弦支穹顶结构在荷载作用下
的杆件 内力和节 点位移均 小于相应 的单层球面 网壳 。 ３调整 环索 的预拉 力， 以减 小甚至消 除弦支 穹项对下 １ 可 部 结构 的水平推 力， 使弦支 穹项具有更大 的适 用性 。
膜结构等， 尤其以索膜结构最受青睐， 但由于专利权制约推
广应用较少 。为 了克服 技术上 的困难 ， 一些 学者考虑 以刚性 上弦代 替索穹顶 中柔索上弦 的构 思。 在对索 穹项 和单层 网壳 两种结构的优缺点进行充分 的研 究后 ，９ ３ 日本 川 口卫教 １９ 年 授立足于张 拉整体 的概念 ，将 索穹顶 的思 路应用 于单层 网 壳， 出了 Ｓ ｓｅｄ ｍｅ的张 弦穹顶 （ 提 ｕｐ ｎｏ 又称 弦支穹项 ） 的结 构 形式【 ｌ 】 。 典型的弦支 穹项结构体 系由单层网壳 、 撑杆 、 索组成 。 其
河北北方学院体育馆弦支穹顶结构预应力施工过程分析
ＣＡＯ Ｊｉａｎｇ ＬＵＯ Ｂｉｎ ＧＵＯ Ｚｈｅｎｇｘｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｚｏｎｇｘｕｅ
曹 江 、 罗 斌 、 郭 正 兴 、 陈 宗 学 ： 河 分 析
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１ 工 程 概 况 河 北北 方 学 院 体 育馆 钢 犀 盖 弦支 穹顶结 构 由上部 单 层
作者简介：曹 江 （１９９４一 ），男，硕士 ，工程师。 通信地址：上海市浦东新 区世纪大道１５６８号 中建大厦８楼
（２００１２２）
电子 邮 箱 ：５９４７１２８０５＠ｑｑ．ｃｏｍ 收 稿 日期 ：２０１ ７－０９ ２１
． －－；：ｌ ｈ：ｌ ｈ方 学院体 育馆 弦支 穹顶结构 预 应 力 施 工 过 程 分 析
曹 江 罗 斌 郭 正 兴 陈 宗 学 １．中建八局工程研 究院 上 海 ２００１２２；２．东南大学土 木工程学院 江苏 南京 ２１００９６；
３．河 北 建设 集 团股 份 有 限公 司 河 北 保 定 ０７１０００
网壳 和 下部 索 杆体 系构 成 ，是传 统 索 穹顼 与空 问 网壳 的混 合仆 （图１）。
整个 弦 支 穹顼 的边 界节 点 与环 形钢 梁 通过 焊接 球 点 连 接 ，环 彤 钢梁 的 部 分节 点 柱 的连 接 采 』ｆＪ铸钢 球铰 支 形式 ， 设３２个支 座 ，球 铰 支 安 装在 下 部钢 筋混 凝 土 架 柱 顾 。
弦支穹顶结构的自振特性及地震响应分析
弦支穹顶结构的自振特性及地震响应分析张静;张继文;涂永明【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(035)004【摘要】弦支穹顶结构是基于张拉整体思想和单层球面网壳技术的一种新型复合空间结构体系,为了研究弦支穹顶的自振特性和地震响应,采用有限元软件,对结构的矢跨比、撑杆高度、环索布置方式和预应力大小等进行了参数分析,并对单层网壳和两种不同布索形式的弦支穹顶结构进行了El Centro波地震响应对比分析.结果表明:矢跨比和撑杆高度对结构自振特性影响较大,而拉索预应力大小对结构影响较小.支座的弹簧刚度对弦支穹顶的高阶频率的影响不及对基频的影响,当弹簧刚度较小时,其对结构基频的影响基本上是线性的;刚度较大时,对基频的影响很小.在固定铰支承条件下,与单层网壳结构相比,弦支穹顶不能减小地震产生的结构位移的振幅.弦支穹顶结构整体内力值偏大,在布索层数相近的情况下,不同的弦支穹顶的撑杆和拉索的内力变化趋势和数值相近.【总页数】8页(P588-595)【作者】张静;张继文;涂永明【作者单位】东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏,南京,210096;华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TU393.3【相关文献】1.联方-凯威特型弦支穹顶结构的地震响应分析 [J], 李峰;娄巧娜;白友忠2.大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构的自振特性分析 [J], 桂国庆;周海峰;李永华;周巧伶;王玉娥3.大跨弦支穹顶结构的振动模态与地震响应分析 [J], 周臻;孟少平;吴京4.弦支穹顶结构多维多点地震响应分析 [J], 张希锐;周婧5.大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构的自振特性分析 [J], 桂国庆;周海峰;李永华;周巧伶;王玉娥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
弦支穹顶结构预应力优化方法
弦支穹顶结构预应力优化方法
符申超;周德源;王庆春
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2015(030)011
【摘要】初始预应力的分布方式是影响弦支穹顶结构整体性能的关键.以预应力平衡态下,弦支穹顶结构竖向撑杆的内力能最大程度地抵消其上节点的等效节点荷载
为优化目标来确定结构的初始预应力.采用APDL语言在通用有限元软件ANSYS
中实现该优化过程,通过改变环向拉索的初始预张力来调整预应力平衡态下撑杆的
内力,经过反复迭代实现优化目标.优化算例的结果表明,该优化方法迭代计算效率高、优化效果好、概念清晰、易于实现,具有良好的应用前景.
【总页数】4页(P20-23)
【作者】符申超;周德源;王庆春
【作者单位】同济大学结构工程与防灾研究所,上海200092;同济大学结构工程与
防灾研究所,上海200092;同济大学结构工程与防灾研究所,上海200092
【正文语种】中文
【相关文献】
1.中间开孔弦支穹顶结构预应力优化后模态分析 [J], 王爱强;张莉
2.河北北方学院体育馆弦支穹顶结构预应力施工过程分析 [J], 曹江;罗斌;郭正兴;
陈宗学
3.弦支穹顶结构环索预应力张拉施工过程的模拟 [J], 张华强;刘永华;黄彦霞
4.弦支穹顶结构环索预应力张拉施工过程的模拟 [J], 张华强;刘永华;黄彦霞;
5.弦支穹顶结构预应力张拉摩擦损失影响分析 [J], 郄禄文;徐辰昱;刘静;赵若旭;陈宗学
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2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构预应力施工技术
图 １ ２ ０ 年奥运会羽毛球馆建筑效果 ０８
过仿真计算进行校核 ，并用全站仪监测结构变
形 ，用振 弦应 变计 监测 结构 应力 。
２ ２ 预 应 力施 加 方案 ．
１ 结 构 体 系
本Ｔ程 屋顶 为 弦支穹顶 结构 ，上层 为单 层 网 壳 ，下 部为 索杆结 构 。下部结 构 主要 由环 向索和 径 向拉 杆 组 成 。环 向索 采 用 预 应 力 钢 索 ，规 格 为 ： ７ ９ 、 ５Ｘ１９ ５ １ 种类 型 ，缆 １９ ３ 、 Ｘ ×６ ３ 索 材料采 用包 双层Ｐ 保 护套 ，锚具采 用热铸 锚具 Ｅ 的索头和调节套 筒 ，调节套筒的调节量 ±３０ ｍ； ０ｍ 钢 索 内 钢 丝直 径 ７ ｍｍ、５ ｍ，采 用 高 强 度 普 通 ａ ｒ 松 弛 冷拔 镀 锌 钢 丝 ，抗 拉 强 度 ≥ １ ７ ＭＰ ，屈 ６０ ａ
第三届改饱船顿左 菱 －ｂ疲术源自专超 ———— ＿ ＿ ＿
《 拉末》 ０１ 第 期 第 ６ 巍左 ２１ ３ 总 ８期 年
——
２ ０ 年奥运 会羽毛球馆 弦支穹顶结构 ０８ 预应 力施 工 技 术
王泽强 秦 杰 徐 瑞龙 张 然 李 国立 陈新礼
（ 北京市建筑工程研 究院
２ ．通过调节撑杆长度施加预应力 ．２ ２ 是一种间接施加预应力的方法。本工程撑杆 数量较多，其需设备较多，并且该方法要求拉索
第三届 改体姆顿左 勿疲术奖专超
Ｐ ＲＥ ＴＲ ＳＳ ＴＥ Ｓ Ｅ ＣＨ ＮｏＬ ＧＹ ｏ
联方凯威特弦支穹顶结构动力特性及参数分析
ｓ ｐ ｏ ｔｌ ｇ ｕ ｐ ｒ—ｅ ．Ｔｈ ａ ｕ ａ ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ａ ｄ ｙ ａ ｆ ｃ ｅ ｙ ｔ ｅ ｐ ｅ ｔｅ ｓ ｕ ｓｇ ｅ ｔ ｆｅ ｔ ｄ ｂ ｈ ｅ ｎ ｔ ｒ ｌｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｈ ｒ ｌ ｆｅ ｔ ｄ ｂ ｈ ｒ ｓ ｒ ｓ ，ｂ ｔｉ ｉ ｒ ａ ｆ ｃ ｅ ｙ ｔ ｅ ｔ ｓ ｔ ａ
此 外 ， 构 的 自振 特 性 还 可 以 衡 量 结 构 的 质 量 和 刚 结 度 是 否 匹 配 ， 度 是 否 合 理 。在 当 前 全 球 地 震 频 发 ， 刚
部 支撑竖杆采用 截面 ＋ １ ×７ 斜 向拉 杆采 用 钢拉杆 ２９ ， ４ Ｏ 环索采用 半平行 钢丝束 ４ ×７ 。钢管 的弹性模 ） ， ８ ） ７ ３ 量为 Ｅ一２ Ｏ ×１ “Ｐ ， 的弹 性模 量 为 Ｅ一 １９ ．６ ０ ａ索 ．× １ ”Ｐ ， ０ ａ 上部 单 层 网壳节 点采 用 刚接 ， 下部 竖杆 与 网 壳 的连 接节 点 和 竖 杆 与索 的 连接 节 点 都 采用 铰 接 。 上部单 层 网壳 杆件 采 用 Ｂ ａ ｅｍ ４单 元 ， 部 支撑 体 系 下 径 向拉 杆 和 竖 向 撑 杆 采 用 Ｌｎ ｉｋ ８单 元 ， 索 采 用 环 Ｌｎ ０单元 。支撑 方式 为 周 边 固定 铰 支 支撑 ， 载 ｉ １ ｋ 荷 采用 恒荷载 为 １ｋ ｍ ， 荷载 分 两种 形 式施 加 ： Ｎ／ ２ 活 一 种是 满跨布 置活荷 载 ， 小为 １ｋ ／ ； 一种 是半 大 Ｎ ｍ 另 跨布 置 活 荷 载 ， 小 为 ２ｋ ｍ 。预 应 力 水 平 Ｔ一 大 Ｎ／ ２
设 计 参 数 找 出影 响 自振 特 性 的 因 素 。 结 果 表 明 ， 方 凯 威 特 弦 支 穹 顶 是 频 率 密 集 型 结 构 ， 构 的 刚 度 要 大 于 同 等 联 结
弦支穹顶结构动力分析
弦支穹顶结构动力分析张志宏;张明山;董石麟【期刊名称】《计算力学学报》【年(卷),期】2005(22)6【摘要】基于局部分析法并且在以预应力作为自平衡的初始内力情况下对弦支穹顶结构的动力特性进行了初步分析.局部分析法采用将索杆体系和上部单层网壳分开的思想,使弦支穹顶结构的初始预应力分布的确定得到简化.随着上部网壳结构的整体刚度的降低,预应力对体系的自振特性的影响逐渐增大.该体系的低阶振型大多为竖向振动振型.由时程分析的结果可见竖向常遇地震作用下索杆内力上下变化的幅度并不大(不超过7%).竖向常遇地震作用下结构响应由内环、中环到外环逐渐减弱.常遇水平地震作用下体系索杆内力上下变化的幅度更小.相比竖向常遇地震作用下的索杆内力的变化要小的多.同时,常遇水平或竖向地震作用下线性和非线性时程分析差别不大.【总页数】5页(P646-650)【作者】张志宏;张明山;董石麟【作者单位】浙江大学,空间结构研究中心,浙江,杭州,310027;浙江大学,建筑设计研究院,浙江,杭州,310027;浙江大学,空间结构研究中心,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TU394【相关文献】1.高烈度区某体育馆大跨弦支穹顶钢结构设计 [J], 刘伟;张正伟;刘涛;黄华桥2.港工海工结构动力分析(第五讲)——重力式港工海工结构动力分析 [J], 高明3.弦支穹顶结构预应力张拉摩擦损失影响分析 [J], 郄禄文;徐辰昱;刘静;赵若旭;陈宗学4.贵阳奥体中心体育馆弦支穹顶预应力拉索施工 [J], 张国栋;杨宗林;罗晓群;姜忠;张其林5.圆柱面弦支穹顶Levy型与无环索型索系性能对比研究 [J], 李宏胜;薛素铎;吴逸枫;刘人杰;李雄彦;付力因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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弦支穹顶结构自振特性预应力
摘要：弦支穹顶结构是一种优良的结构体系，综合合了网壳结构与索穹顶结构的优点，详细分析了结构的自振特性以及影响结构自振特性的各类参数。
研究表明，质量是影响结构自振的直接因素之一；预应力的有无对结构自振特性影响明显；边界条件也是直接影响结构自振频率大小的因素。
关键词：弦支穹顶结构，自振特性，预应力，边界条件
中图分类号：tu378 文献标识码：a 文章编号：
弦支穹顶结构是基于张拉整体概念而产生的一种半刚性异钢种预应力空间结构。
典型的弦支穹顶结构体系是由上部单层网壳、下部撑杆、径向拉杆或者拉索和环向索组成；有效的改善了单层网壳的整体稳定性，使结构可以实现更大空间跨度的造型[1]。
结构跨度的增大，对于结构自身的稳定性以及抗震性能要求会更加严格。
结构在地震作用下的响应不仅仅与地震作用本身有关，还与结构自身的自振特性有着非常密切的关系。
因此对弦支穹顶结构进行自振特性分析具有重要意义[2]。
1 计算模型
基南市某体育馆屋盖结构，跨度为121.5米，矢高为12.2米，采用弦支穹顶结构；上部网壳采用凯威特-葵花型内外混合布置；下部弦支索杆体系为肋环型布置，设置有三道环索，局部设置构造钢棒，其中撑杆采用圆钢管，上下端铰接[3] 。
2 结构模态分析
基于ansys有限元分析软件的模态分析用于分析结构的固有振动特性，确定具体结构的固有频率和振型，分析结果可以作为承受动力荷载的结构进行瞬态分析的基础以及地震谐响应分析和谱分
析的起点。
ansys的模态分析实质是计算结构的振动方程的特征值以及特征向量。
根据模态分析的结果，对被测评结构进行直接的动态性能评估[4]。
弦支穹顶结构属于预应力结构，其模态分析除了首先要通过静力分析把荷载产生的预应力加到结构上，其他分析过程与一般模态分析基本一致。
单层网壳结构采用beam4单元，撑杆采用link8单元，拉索采用link10单元。
对体育馆屋盖的弦支穹顶结构进行模态分析，提取结构前16阶的自振频率，分别为：
2.7296，2.7434，2.7627，2.7798，2.8632，2.8656，2.8922，
2.8940，2.9189，2.9190，2.9279，2.9308，2.9408，
3.0056，3.0456，
3.2049。
由以上数据可知：
（1）、弦支穹顶结构的基频（第一自振频率）较小，各数值幅度变化率很小，可见弦支穹顶结构属于频率密集型的结构；
（2）、弦支穹顶结构的振型包含了水平方向的振动、竖向的振
动和扭转振动；存在多对大小近似相等的频率，这是由于整体结构有多条对称轴，却因为结构中局部存在构造钢棒，所以难以绝对对称，只能近似中心对称。
3 参数分析
3.1荷载影响
考虑均布荷载对结构自振的影响，实质上是考虑等效节点质量对结构的自振特性的影响。
当结构的等效节点质量分别为标准值的：①0.5倍、②1.0倍、③1.5倍以及④2.0倍时，结构的基频分别为：①3.1446，②2.7296，③2.5741，④2.4185；
结果表明，结构的基频随荷载即质量的增加而减少。
质量是影响结构自振特性的直接因素之一；在刚度唯一的前提条件下，结构的自振频率与结构质量的平方根成反比关系。
3.2环索预应力影响
分别考虑①没有预应力的情况（即只存在单层网壳结构）以及四种预应力：②预应力标准值*0.5，③预应力标准值*1.0，④预应力标准值*1.5，⑤预应力标准值*2.0，来分析预应力对自振频率的影响，并给结构基频即结构第一自振频率值分别为：
①2.0995，②2.7295，③2.7296，④2.7297，⑤2.7299。
由上述数据可以看出，预应力的大小对结构的自振频率影响并不大，但是预应力的有无对结构的影响不容忽视，预应力的存在对
结构的自振特性有很大的改善。
当预应力存在时，可显著改善弦支穹顶结构的自振特性；但预应力数值大小的变化，却对结构的自振特性无明显影响。
3.3边界条件影响、
支座约束情况的改变会导致结构有限元模型边界条件的改变，必然会对结构的自振特性起到一定的影响作用。
①、当支座约束为三向铰接支座时，结构前9阶自振频率为：
2.7296，2.7434，2.7627，2.7798，2.8632，2.8658，2.8922，
2.8940，2.9189
②、当支座约束为三向刚接支座时，结构前9阶自振频率为：
2.7477，2.7515，2.7689，2.7886，2.8648，2.8928，2.9207，
2.9234，2.9298
③、当支座约束为y、z向铰接并且释放x向时，结构前9阶频率为：
2.0491，2.0556，2.0694，2.0727，2.0749，2.0899，2.0911，2.0912，2.1011
弦支穹顶结构的支座约束情况对于结构的自振频率影响很大，三向铰接或者刚接时对结构的自振特性影响并不显著，但前两种边界约束工况下的自振频率明显都大于第三种情况。
所以综合考虑实际工程施工以及结构抗震性能，尽可能选择三向铰接或者三向刚接支座约束。
4结论
（1）、弦支穹顶结构的频谱数值较为密集，振动情况复杂，表现为水平向的振动和竖向的振动交替出现，个别伴有扭转振动的现象。
在振动组合叠加时宜考虑多个振型组合值；
（2）、结构的基频随着结构质量的增加而减少，质量是影响弦支穹顶结构的自振特性的直接性因素之一；
（3）、预应力的大小对结构自振特性并无明显的改善作用，但预应力的有无却对结构自振影响很大；但就预应力来看，起到的作用只是使网壳结构与索撑体系形成一个整体而共同参与结构的受力；
（4）、边界条件情况对于弦支穹顶结构的自振特性有着很大的影响，但在三向约束条件下，刚接与铰接的对自振的影响并不明显。
参考文献
[1] 张爱林，王冬梅，刘学春，等． 2008 奥运会羽毛球馆新型弦支穹顶结构模型动力特性试验及理论分析［j］．建筑结构学报，2007，28( 6) : 68-75．
[2] 陈志华. 弦支穹顶结构[m].天津：科学出版社，2010.
[3] 张志宏，傅学怡，董石麟，等. 济南奥体中心体育馆弦支穹顶结构设计[j]. 空间结构，2008,14（4）：8-13.
[4] 陈志华,周秀婷,等. 空间钢结构apdl参数化计算与分析[m]. 中国水利水电出版社，2009.。