浅论fast反射面支承张拉结构优化设计及张拉整体体系找形研究

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1、同济大学硕士学位论文FAST反射面支承张拉结构优化设计及张拉整体体系找形研究姓名：于庆祥申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：罗永峰2003.2.1摘要FAST反射面支承张拉结构优化设计及张拉整体体系找形研究+●_——_—_●_，_一’__—-__d-_一f、JFAST“’”(500m口径主动球面射电望远镜)是我国天文界重点工程，关于FAST、y反射面预研究第一阶段的理论与实验研究已于2001年初完成”1√本文介绍了500m口径射电望远镜(FAST)的概况和进程，并根据大射电望远镜FAST反射面系统的要求，引入一种新颖轻巧的反射面支承结

2、构方案——张拉整体体系。r一—j”张拉整体”(Tensegrity)概念是美国著名建筑师富勒(R．B．Fuller)的发明““，它是”张拉”(tensile)和”整体”(integrity)的缩合。它来自于大自然的连续拉和间断压之客观规律，整个结构中除少数的几根压杆外大多数都处于全张拉状态。美国已故著名工程师盖格尔(D．H．Geiger)为张拉整体思想的发展做出了极大贡献。他在富勒创造的富勒张拉整体穹顶的基础上，发明了支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力张拉整体穹顶体系，即索穹顶，从而使得张拉整体的概念首次应用到大跨度建筑工程中，索穹项受力

3、合理且经济美观。目前在美国、日本、r＼／韩国、我国台北等地已有了不少工程实例，然而在我国大陆仍属空白：7本文借鉴Geiger提出的整体张拉的索穹顶，提出2种适用于FAST反射面的支撑结构体系设计方案。根据非线性有限元基本原理，考虑几何非线性影响进行成形、受力分析计算、经反复优化寻找这2种支撑结构体系最佳几何形状，最大程度地减轻结构重量增加结构刚度并制定合理的张拉施工方案。通过对这2种张拉结构体系的承载性能、变形特性、对促动器系统影响的分析以及与传统刚性结构体系(网壳)的比较，说明张拉结构体系具有良好的经济性能，由此确定张拉整体体系支承结构方

4、案，并设计制作了一个1／3比例模型。对张拉结构节点、铝板安装可调节点和支承结构与促动器连接节点进行了改进设计。计算结果表明，用于反射面支承结构的张拉整体体系比网壳结构自重轻约72．5％，结构作用于促动器的反力减小约78．5％。同时证明两类节点系统是合理的、便于安装和维护。因而张拉整体体系是一种适合于FAST的合理的轻型支承结构。关键词：FAST，整体张拉体系，索穹顶，非线性有限元，几何稳定性，自应力模态+大射电望远镜FAST反射面系统改进研究FAST(预)一^咱6资助项目摘要Abstract“Fast”(FivehundredmeterAp

5、ertureSphericalTelescope)iSamajorprojectinastronomyinChina．Thefirststagetheoriesandtestsaboutthepre—studyofthe“Fast’’reflectingsurfacehavebeencompletedinear]Y2001．ThiSpaperrecommendsthegeneralsituationandcourseof“Fast”．andintroducesanoriginaland1ightsupportingstructuresche

6、me--Tensegrity，depending012theneedofthereflectingsurfacesystem．Theconcept“Tensegrity”wasfirstproducedbythefamousAmericanarchitectureR．B．Fuller．whichiSthecombinationof“tensile”and“integrity”．Tensegrityisfromtheobjectivelawofcontinuoustensionanddiscontinuouscompressioninnatu

7、re．A11thestructureiSmadeuDofful卜tensilebars，exceptforafewbars，whichisincompression．ThelatefamousAmericanengineerD．H．GeigermadegreatcontributionstothedevelopmentofTensegrity．Heinventedcabledome，supportedatthesurroundingcompressiveringbeam，whichfirstappliesTensegritytothelar

8、ge—spanbuildings．Thecabledomeiseconomicalandnice—looking，whosestressdistributioniSinreaso