新型大跨度弦支穹顶结构体系创新研究与奥运工程应用

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1、分类号：TU311,182557J单位代码：10005学号：B200604023密级：公开北京工业大学博士学位论文英文并列InnovationofNew—typeLarge．spanPrestressingSuspend—domeStructureSystemand题专论文报告提交日期2QlQ生5目学位授予日期授予单位名称和地址jE壅王些态堂jE室直塑圈匡垩丕垦!QQ曼；o，：o!ADissertationSubmiaedtotheAcademicCommitteeofBeijingUniversityofTechnologyInnovatio

2、nofNew—ty’peLarge—spanPrestressingSuspend—domeStructureSystemandApplicationofProjectforBeijingOlympicGamesInCandidacyforTheDegreeofDoctorofPhilosophyinStructuralEngineeringByLiuXuechunUndertheSupervisionofProf．ZhangAilinTheCollegeofArchitectureandCivilEngineeringofBeijingUni

3、versityofTechnologyBeijing100124，P．R．China，May,2010独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和

4、借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：司赫导师签名：摘璎摘要预应力钢结构是工程结构学科中先进、科学、高效的新兴分支学科，既能创造新颖轻巧的现代钢结构体系，又能显著改善结构受力，提高承载力，增大刚度和稳定性，减轻自重，节约钢材，降低造价。大跨度弦支穹顶结构体系属于大跨空间结构和现代预应力钢结构领域的前沿课题之一。本文调研了预应力钢结构的研究现状，对国内外研究文献进行了总结，以2008奥运会工程建设为契机，在国家自然科学基金、北京市科委科技奥运专项等项目资助下，落实

5、“科技奥运"理念，立足自主创新精神，进行了新型大跨度预应力弦支穹顶结构体系创新及其奥运工程应用，论文主要取得如下研究成果：新型大跨度预应力弦支穹顶节点构造与结构体系创新，包括授权国家发明专利V字型径向索弦支网格穹顶、索杆弦支穹顶、预应力钢结构撑杆可调节节点连接装置、多次预应力弦支穹顶等。这些成果显著消除撑杆端弯矩，调整撑杆长度对体系施加预应力，使结构传力更清晰，显著改善受力，方便施工，提高竖向和横向整体稳定性和极限承载力，充分发挥材料强度，节约材料，降低造价，使弦支穹顶结构突破了国际上46米跨度的限制，为我国设计、建成世界上第一个新型大跨度预应

6、力弦支穹顶结构提供了坚实的科学依据。首次提出了预应力钢结构优化设计的改进粒子群优化算法。解决了性态变量与几何变量的耦合问题，实现几何形状、预应力度、截面尺寸的同步优化，优化模型和程序与现行规范相结合，除考虑钢构件和索的强度约束外，还考虑钢构件的构件稳定性约束、结构整体位移约束，并考虑荷载多工况作用，实现优化理论研究与重大工程应用相结合，成果达到工程应用水平，成功应用于2008奥运会羽毛球馆大跨度钢结构体系方案选型及设计，设计完成的第一个新型大跨度预应力弦支穹顶结构体系，用钢量低至62kg／m2，节约钢材38％，达到钢结构体系合理、轻盈与建筑造型

7、优美的协调统一，实现结构安全、经济双优目标。基于概率理论，提出了适合于具有初始缺陷弦支穹顶结构整体稳定性分析的初始缺陷概率法。采用该方法全面研究节点施工定位偏差、杆件初偏心、索的初拉力偏差、材料弹性模量偏差诸多初始缺陷对弦支穹顶结构非线性整体稳定性和极限承载力的影响，并与传统的特征值屈曲模态法进行对比分析。研究表明初始缺陷概率法能够充分反映弦支穹顶结构整体稳定性和极限承载力受初始缺陷的影响规律，初始缺陷的分布和大小更加合理，并且是偏于安全的。初始缺陷概率法在2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到有效应用，验证了该方法的适用性。20

8、08奥运会羽毛球馆l：10缩尺模型的静力、整体稳定性能及施工张拉模拟试-IIrlf，l。-■，}北京丁qk大学T学博上学位论文验研究。采用数值模拟加载