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对管桁架结构和弦支穹顶结构相关技术问题的研究

作　者: 翁雁麟
导　师: 关富玲
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 管桁架 X型圆管相贯节点环向模型剪切模型冲剪模型单层椭球壳极限承载力稳定弦支弯顶索杆体系静力性能
分类号: TU394
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文通过对某中学体育馆管桁架屋盖结构进行分析,发现了原方案在结构布局上不合理,且下部较薄弱的支撑柱难以承受较大的支座反力。对结构方案进行了修改,并应用橡胶支座来减小支座反力。对弦管刚接、腹杆铰接的半刚接模型和全刚接模型进行了静力性能比较。就是否考虑下部混凝土结构,以及如何考虑支座条件进行了静动力分析。对结构中的几种特殊节点进行了分析,希望对类似节点的处理能有所借鉴;并在考虑了橡胶垫板和锚栓的共同作用后,推导了支座的水平刚度以及实际允许出现的水平位移。本文对弦支穹顶基本组成部分:X型圆管相贯节点和单层椭球网壳进行了分析研究。在回顾X型圆管相贯节点环向模型的基础上,对剪切模型和冲剪模型进行了理论推导。结合规范和有限元软件的计算结果,指出了三种模型的适用范围。对凯恩特k6型单层椭球壳的破坏全过程进行了分析,研究了跨度、矢跨比以及网格划分尺寸对椭球壳极限承载力以及破坏机理的影响。应用单层网壳和下部索杆体系分开分析的方法-局部分析法,结合广义逆理论,并结合有约束线性优化方法,对索杆体系的初始态预应力分布问题进行了研究。应用这些理论对某市正在设计兴建的弦支穹顶体育场馆进行设计分析。首先通过对几种结构方案的比较,确定了最终的弦支穹顶结构方案。然后分析了预应力具体大小、不同的布索方式以及不同的预应力施加方式对节点竖向挠度、支座约束反力、杆件内力等结构基本静力性能的影响。并与肋环型穹顶方案进行了比较,肯定了凯恩特型穹顶结构的优势。指出了此类结构中温度是对结构变形影响最大的因素。针对该工程的特点,考虑了单层网壳结构三种不同的施工方案,并对索杆体系张拉成形过程的施工方案也进行了分析。根据初始缺陷长度法来施加预应力,列出了各索的实际施工长度。

全文目录

论文摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-24
  1.1 弦支穹顶结构概述  10-17
    1.1.1 研究背景  10
    1.1.2 弦支穹顶结构的基本原理及特点  10-12
    1.1.3 弦支穹顶结构的分类  12-13
    1.1.4 弦支穹顶结构的分析研究现状  13-14
    1.1.5 弦支穹顶结构的工程应用  14-17
  1.2 管桁架结构概述  17-21
    1.2.1 管桁架结构的特点  17-18
    1.2.2 管桁结构的工程应用  18-19
    1.2.3 国内外研究现状  19-21
  1.3 本文的主要工作  21-22
  参考文献  22-24
第二章对弦支穹顶基本组成部分的研究  24-46
  2.1 概述  24
  2.2 对X型圆管相贯节点的研究  24-35
    2.2.1 破坏准则  24-25
    2.2.2 破坏模式  25
    2.2.3 分析模型  25-30
    2.2.4 模型验证  30-35
    2.2.5 本节小结  35
  2.3 对k6型单层椭球壳静力稳定性的研究  35-45
    2.3.1 计算模型和参数  36
    2.3.2 跨度和矢跨比  36-37
    2.3.3 杆件截面选用  37
    2.3.4 特征值屈曲分析  37-39
    2.3.5 破坏全过程分析  39-40
    2.3.6 各项参数对极限承载力的影响  40-45
    2.3.7 本节小结  45
  参考文献  45-46
第三章弦支穹顶结构的找力分析  46-58
  3.1 概述  46-47
  3.2 广义逆求自平衡力模态  47-50
  3.3 预应力的确定  50-52
  3.4 具体分析步骤  52-53
  3.5 算例  53-56
  3.6 本章小结  56-57
  参考文献  57-58
第四章管桁架场馆结构设计及分析  58-73
  4.1 概述  58
  4.2 工程概况  58-60
  4.3 不同结构方案的比较  60-62
  4.4 不同计算假定间的比较  62-67
    4.4.1 刚接和铰接假定  62-64
    4.4.2 支承条件的假定  64-67
  4.5 对特殊节点的处理  67-70
    4.5.1 受力集中节点  67-68
    4.5.2 屋面排水节点  68-69
    4.5.3 橡胶支座节点  69-70
  4.6 板式橡胶支座水平刚度的计算  70-72
  4.7 本章小结  72
  参考文献  72-73
第五章弦支穹顶结构设计  73-105
  5.1 工程背景和概况  73-74
  5.2 体育馆结构方案选择  74-77
  5.3 荷载分析  77-79
    5.3.1 荷载取值  77-78
    5.3.2 工况组合  78-79
  5.4 节点计算假定  79
  5.5 分析概况  79-80
  5.6 预应力的确定  80-81
  5.7 分析步骤  81
  5.8 结构计算分析  81-93
    5.8.1 预应力对结构静力性能的影响  81-88
    5.8.2 预应力施加方式对结构静力性能的影响  88-91
    5.8.3 布索方式对结构静力性能的影响  91-93
  5.9 肋环型穹顶方案  93-94
  5.10 计算结果分析  94-95
  5.11 施工方案  95-98
    5.11.1 上部单层网壳的拼接  95-96
    5.11.2 张拉成形方式及过程  96-98
  5.12 拉索施工长度  98-104
  参考文献  104-105
第六章结论和展望  105-108
  6.1 本文的主要结论  105-106
  6.2 进一步工作的展望  106-108
致谢  108

对管桁架结构和弦支穹顶结构相关技术问题的研究

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