鸟巢型索穹顶结构索杆退出工作后的受力性能分析

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1、禹玉祥，等：鸟巢型索穹顶结构索杆退出工作后的受力性能分析鸟巢型索穹顶结构索杆退出工作后的受力性能分析禹玉祥惠颖(南京理工大学土木工程系，南京210094)摘要：分析鸟巢型索穹顶结构在满跨和半跨荷栽作用下部分索松弛以及单根索、杆破断后的受力性能。研究发现，脊索松弛对结构整体刚度的影响很大；而随着索、杆破断位置的不同，结构的受力性能有很大差异。关键词：鸟巢型索穹顶结构；索松弛；索破断；受力性能ANALYSISONSTRUCTURALBEHAVIOROFABIRD—NESTCABLEDoMEAFTERAC

2、ABLEoRSTRUTWITHDRAWALWORKINGYuYuxiangXiYing(CivilEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)ABSTRACT：Thestructuralbehaviorsofabird’Snesttypecabledomeareinvestigatedwhenpartialcablesareslackandacableorstrutquitsworkingunderd

3、ifferentloadcases．ItwasfoundthattheslakeofridgecableshasgreateffectOilstructurestiffness；themechanicalbehaviorofthecabledomeisdifferentwhendifferentpositionofcableorstrutruptures，KEYWORDS：bird’Snesttypecabledome；cableslack；cablerupture；structuralbehavi

4、or索穹顶结构是20世纪80年代由Geiger根据调节网格布置的疏密性。4)内圈索杆布置较为密Fuller的张拉整体思想发展起来的一种新型大跨空集，结构的索杆单元和节点数日较多。间结构。它属于空间预应力索杆体系，由一组互相孤立的受压杆和连续的受拉索相交组成，能充分发1分析模型挥钢材的抗拉强度，结构效率高，加之其造型美观等本文基于有限元理论对构件退出工作前后的鸟特点，一经面世便得到工程界的极大关注。巢型索穹顶的静力性能进行几何非线性分析。由于目前国内外学者对索穹顶结构的静动力性能做索穹顶结构施工成型后

5、，索基本上处于张紧的直线了比较全面的研究，但对于索穹顶的极限承载力研状态，可忽略自重引起的垂度影响，所以采用两节点究较少。结构的失效一般是以索单元的松弛作为判直线杆单元来模拟索杆单元。索穹顶结构具有较高别标准[1。2]，关于该类结构部分索松弛和破断后的的强度储备，索杆一般不会进入塑性阶段，因此假定索杆单元满足虎克定律，即仅考虑结构的几何非线受力性能却很少研究。文献[3—4]分别对Geiger、性，而不考虑材料非线性。由于结构上部覆盖的张Levy和Kiewitt型索穹顶结构部分索退出工作后拉膜材与结构

6、整体刚度比较相对较小且对结构受力的受力性能进行了分析。本文将分析鸟巢型索穹顶有利，所以在计算中不考虑薄膜等上部结构对结构结构在部分索松弛和破断后的承载能力，并与前三整体刚度的影响。假定外荷载作用于杆件节点上，种拓扑形式进行比较，为该结构的进一步研究和工不考虑结构自重。程应用提供参考。采用ANSYS软件进行分析计算，用Linkl0模鸟巢型索穹顶结构一般为开口形式(图1)，与拟结构中的索单元，Link8模拟结构中的压杆单Geiger、Levy和Kiewitt型索穹顶相比，具有以下特元，按求解非线性方程组

7、的方法选用弧长法，通过殊的几何构型雎]：1)脊索通长，两端均与外环相连。2)无需专门设置上内环索，各根脊索的跨中一段自第一作者：禹玉祥．男，1988年出生．硕士研究生。然形成了内环索。3)环索(包括相应的竖杆和斜索)Email：xyxian@mail，njust．edu．ca收稿日期：2011—11—20可根据受力特性的要求采用跳节间设置，并由此可SteelConstruction．2012(3)。V01．27，No．157科研开发ANSYS提供的生死单元功能模拟结构中索杆的破布荷载为0．5kN／m

8、2。断。所分析的结构为单圈16个节点、直径80m的鸟巢型索穹顶结构布置如图1所示，根据力密鸟巢型索穹顶，索的弹性模量为1．7×1011Pa，杆的度法嘲求出结构构件的初始预应力，并同截面积一弹性模量为2．1×1011Pa。采用分级加载的方法，起列于表1。各类杆件和节点的编号由外向内依次分析拉索松弛后的受力性能时每级均布荷载为增加。1．0kN／m2，分析索杆破断后的受力性能时每级均透视平面图1鸟巢型索穹顶结构表1索杆截面积与初始预应力值4)脊索5松弛后，斜索3、斜索4、环