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索穹顶结构形态确定的研究

作　者: 余巧萍
导　师: 惠颖
学　校: 南京理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 索穹顶结构形态确定力密度法简化算法动力松弛法自重
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
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内容摘要

索穹顶结构是由拉索和压杆所组成的柔性张拉整体结构,是一种受力合理,效率极高的结构。作为一种预应力结构,索穹顶的刚度和承载能力都是通过施加预应力来获取的,因此,初始形态确定问题是对索穹顶结构进行其它分析的基础。国内学者虽已开展了相关研究,但仅限于Geiger体系和Levy体系。本文对矩形平面Geiger型、鸟巢型、葵花型、Kiewitt型四种体系的索穹顶展开了研究。对给定几何形状的索穹顶结构,应用力密度法,引入整体可行性预应力的概念来简化计算,求解得出了索穹顶结构的预应力分布。充分利用结构的对称性,提出了简化力密度算法,大大简化了求解预应力的过程,节省了计算时间和计算机的存储空间。采用动力松驰法对几何形状和结构预应力分布均未定的情况以及给定目标几何情况的索穹顶形态确定问题进行了研究。对考虑结构自重的力密度法和动力松弛法进行了理论推导和算例验证。论文最后对本文的研究成果进行了总结,得出了一些对工程有意义的结论,并指出了今后的研究方向。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 索穹顶结构的发展历程  8
  1.2 索穹顶结构的工作机理和特点  8-10
    1.2.1 索穹顶的结构组成  8-9
    1.2.2 索穹顶的结构特点  9-10
    1.2.3 索穹顶结构的优点  10
  1.3 索穹顶结构形状确定的研究现状  10-12
  1.4 本文的主要研究内容  12-13
2 索穹顶结构的分类及相关工程实例  13-23
  2.1 按结构构造分类  13-19
    2.1.1 盖格体系索穹顶  13-15
    2.1.2 利维体系索穹顶  15-16
    2.1.3 葵花型索穹顶  16-17
    2.1.4 凯威特体系索穹顶  17
    2.1.5 鸟巢型索穹顶  17-18
    2.1.6 混合体系索穹顶  18-19
    2.1.7 索挑棚  19
  2.2 按封闭情况分类  19-20
    2.2.1 全封闭式索穹顶  19
    2.2.2 开口式索穹顶  19-20
    2.2.3 开合式索穹顶  20
  2.3 国内工程实例  20-23
    2.3.1 重庆火星产业大厦  20-21
    2.3.2 济南十一运会体育馆  21-22
    2.3.3 昆明理工大学实验模型  22-23
3 力密度法用于索穹顶形态确定  23-42
  3.1 力密度法的基本原理  23-25
  3.2 整体可行预应力  25-28
  3.3 力密度法应用于索穹顶结构找力  28-31
  3.4 算例  31-40
    3.4.1 不设内环的矩形平面 Geiger型索穹顶  31-32
    3.4.2 设内环的矩形平面 Geiger型索穹顶  32-34
    3.4.3 不设内环的葵花型索穹顶  34-35
    3.4.4 设内环的葵花型索穹顶  35-36
    3.4.5 鸟巢型索穹顶  36-39
    3.4.6 Kiewitt型索穹顶  39-40
  3.5 本章小结  40-42
4 简化力密度算法  42-62
  4.1 力密度法的简化原理  42-43
  4.2 算例  43-60
    4.2.1 不设内环的圆形平面 Geiger型  43-45
    4.2.2 设内环的圆形平面 Geiger型  45-46
    4.2.3 不设内环的矩形平面 Geiger型  46-51
    4.2.5 不设内环的圆形平面 Levy型  51-53
    4.2.6 不设内环的葵花型索穹顶  53-56
    4.2.7 设内环的葵花型  56-58
    4.2.8 鸟巢型索穹顶  58-60
  4.3 本章小结  60-62
5 动力松弛法用于索穹顶形态确定  62-94
  5.1 动力松弛法的基本原理  62-67
    5.1.1 递推方程  62-63
    5.1.2 数值计算稳定性和收敛性  63
    5.1.3 动能极值点处的重新初始化  63-64
    5.1.4 单元内力及节点刚度  64
    5.1.5 动力松弛法在索穹顶结构形状确定中的应用  64-67
  5.2 算例  67-93
    5.2.1 结构几何和预应力分布均未确定的情况  67-82
    5.2.2 结构几何给定，预应力未确定的情况  82-93
  5.3 本章小结  93-94
6 考虑结构自重的索穹顶形态确定  94-112
  6.1 考虑结构自重的力密度法  94-103
    6.1.1 力密度法考虑结构自重的原理  94-96
    6.1.2 算例  96-103
  6.2 考虑结构自重的动力松弛法  103-110
    6.2.1 动力松弛法考虑结构自重的原理  103-104
    6.2.2 算例  104-110
  6.3 本章小结  110-112
7 结论与展望  112-114
  7.1 本文的主要结论  112-113
  7.2 展望  113-114
致谢  114-115
参考文献  115-118
附录  118

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