充气张弦穹顶结构基本力学性能研究

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1、硕士学位论文充气张弦穹顶结构基本力学性能研究RESEARCHONTHEBASICMECHANICALPROPERTIESOFTENSAIRITYDOME万宗帅哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU398+.9学校代码：10213国际图书分类号：624.04密级：公开工程硕士学位论文充气张弦穹顶结构基本力学性能研究硕士研究生万宗帅导师范峰教授副导师曹正罡副教授申请学位工程硕士学科建筑与土木工程所在单位土木工程学院答辩日期2015年6月授予学位单位哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU398+.9

2、U.D.C:624.04DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEBASICMECHANICALPROPERTIESOFTENSAIRITYDOMECandidate：WanZongshuaiSupervisor：Prof.FanFengCo-Supervisor：A.P.CaoZhenggangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：StructuralEngineering

3、Affiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要充气张弦穹顶结构是基于Tensairity概念而提出的新型结构体系。其结构形式简单、受力明确、外形美观，同时具有刚性、柔性结构的优点，并且制作、运输、施工简捷方便，具有巨大的发展潜力。本文提出了双向网格式和辐射式两种不同形式的充气张弦穹顶结构，并利用大型

4、有限元软件ABAQUS建立了充气张弦穹顶结构的精细化有限元模型，实现了结构从放样状态充气至初始态再到承受外荷载的全过程模拟，研究中发现在外荷载作用下气囊内气压变化明显，并且温度作用对内气压影响显著。在此基础上重点研究了跨度为80m的两种不同结构形式的充气张弦穹顶结构，对其在四种不同荷载工况下的内力分布和变形情况进行了分析，研究了结构在不同荷载形式下的稳定性，并掌握了此类结构的自振特性。结果表明，两种形式结构均具有较好的静力性能，气囊和拉索大大提高了结构的稳定性；两种结构均为频谱密集型结构，且表现出较大的刚性。然后分

5、别针对80m跨度的两种充气张弦穹顶结构进行了系统的参数分析，通过对结构初始内气压、上弦矢高、下弦垂度、下弦索直径等四种不同的结构参数的研究，总结了以上参数变化对结构静力性能和稳定性的影响。研究发现，初始内气压对结构影响很大，在较小的内气压下结构便具有良好的力学性能；在一定范围内增大上弦矢高、下弦垂度和下弦索直径均能有效提高稳定承载力。在辐射式充气张弦穹顶结构的基础上，提出了类似于弦支穹顶的多气囊组合式充气张弦穹顶结构，并建立了140m跨度的双气囊组合式充气张弦穹顶结构的有限元模型进行分析计算。结果表明，该结构具有良

6、好的静力性能，且稳定承载力满足规范要求。关键词：充气张弦穹顶结构；有限元；温度作用；参数分析；多气囊组合-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTensairityDome,basedontheconceptTensairity,isbroughtupasanewtypeofstructuresystem.Thestructureissimple,clearandhasbeautifulshape.Tensairityhasthebothadvantagesofrigidandflexiblestruc

7、ture.Itisconvenientforfabrication,transportationandconstruction.Soithasgreatdevelopmentpotential.Thispaperpresentsatwo-waywebandradianttwodifferentformsoftensairitydome,andABAQUSwasusedtoestablishtherefinementfiniteelementmodel,implementingtheinflatablestructu

8、refromzerostate,theinitialstatetotheloadedstatesimulationanalysis.Theinteractionoftheairinthemembraneandthemembranematerialcouldaccuratelysimulated.Externalloadsobviouschangestheai