施威德勒弦支穹顶结构之静力稳定性分析与研究

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1、施威德勒弦支穹顶结构之静力稳定性分析与研究-->1绪论1.1弦支穹顶结构的研究背景近几十年来，空间结构在全世界范围内得到了飞速的发展，以其合理的受力特点和优美的建筑造型，受到很多建筑大师们的青睐。所谓空间结构是指结构的形态呈三维状态、在荷载作用下具有三维受力特性并呈空间工作的结构[1]。相对平面结构而言，空间结构有重量轻、刚度大、造价低、施工简单、造型美观等显著特点，在大跨度大空间会展中心、飞机航站楼、工业厂房及体育馆等建筑中得到广泛应用[2-3]。因此，空间结构技术被誉为一个国家建筑业水平的象征。在实际工程应用中，空间结构分为空

2、间网架、空间网壳、悬索结构、索膜结构、张拉结构、折板结构、薄壳结构、开合结构、索穹顶结构，以及本文所研究的弦支穹顶结构。随着人类文明的进步和社会的发展，人们对结构的跨度和建筑造型提出了更高的要求。基于这种要求，在这一时期，涌现出一些新型的空间结构形式。..........1.2弦支穹顶结构的组成和分类弦支穹顶结构（suspendome），它是由下部张拉整体、索穹顶等柔性结构和上部单层球面网壳相结合而形成的复合空间结构体系[9]。如图1.1所示，它是构成弦支穹顶结构的典型原理。这种结构形式是一种杂交的空间结构形式，同时也是一种构成空

3、间结构的新思路。典型的弦支穹顶结构体系，它是由以下三部分组成：上部单层网壳、撑杆及下部预应力拉索，如图1.2所示。撑杆作为上部单层网壳和下部张拉整体的连接部分，其上端与单层球面网壳节点铰接，下端与径向拉索和环向拉索铰接，其中径向拉索又与下一层单层网壳节点铰接，而环向拉索与同一层撑杆下端铰接，就这样撑杆与预应力拉索构成了下部张拉整体结构体系，再与上部单层球面网壳组成弦支穹顶结构，共同抵抗外部荷载作用。这种通过杂交得到的结构体系，一方面改善了单层球面构件的受力和稳定性，使结构能够跨越更大的空间;另一方面较之于张拉整体、索弯顶体系，它具

4、有一定的初始刚度，从而使结构设计、成形、施工过程都得到了较好的改善。通过对各圈环向拉索施加一定的预应力，撑杆对上部单层网壳起到支撑作用，增强结构刚度，减小荷载效应；同时外荷载由上部单层网壳传到竖向承杆，进而传到拉索，拉索受力后对支座产生指向内侧的“箍力”，大大减小了上部单层网壳对支承结构的水平推力。.........2弦支穹顶结构的非线性有限元法及稳定理论2.1引言结构非线性，指在外荷载作用下，结构的响应与外荷载不成比例。结构非线性包括两种，一种是材料非线性，指材料的本构关系已不再是线性的；一种是几何非线性，指变形体几何形态的改变

5、将明显影响物体的载荷-位移（如刚度）特性。几何非线性并不只是指大位移，而且还包括几何状态改变所引起的任何结构响应的变化。它包括大应变、大位移和大旋转。对弦支穹顶结构而言，由于其上部单层网壳刚度较小以及下部预应力柔性拉索的作用，结构变形大，应该考虑结构几何非线性的影响。由于稳定性往往是控制弦支穹顶结构的首要因素，所以说结构在失稳时，杆件及拉索还都处在弹性阶段，因此不必考虑材料非线性的影响。本章重点介绍弦支穹顶结构的几何非线性计算方法及稳定理论。..........2.2非线性分析基本方程对于结构的非线性问题，结构的响应通常和加载历史

6、有关，故获得某一荷载水平的结构响应的解不能像线性求解一样一步实现，而必须按时间分段计算，逐步采用线性化的方法，最终求得结构的非线性反应。以结构在t＝0时刻状态为度量基准，根据虚功原理，结构在外力作用下所作的功等于结构内部应变所产生的应变能，可得结构在t+Δt时刻的平衡方程∫Vδ(t+Δt{ε})T(t+Δt{σ})dv?∫Vδ(t+Δt{u})T(X)dv?∫sδ(t+Δt{u})T(X)dv=0(2.1)式中：t+Δt{ε}、{}t+Δtσ--------------t+Δt时刻的应变、应力向量；{}t+Δtu---------

7、------------------t+Δt时刻的位移向量；{X}、{X}--------------------单元的体力、面力向量；其中，应力、应变、位移的增量形式可以表示为：...........3施威德勒型弦支穹顶的静力性能分析.................173.1引言.............................................173.2计算模型..............................................173.3静力分析.................

8、..............................193.4支座反力分析.................................................253.5参数分析.........................