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建筑结构学报 2020年第S01期41卷 1-9页

作者：刘人杰邹瑶薛素铎李雄彦王超烟台大学土木工程学院山东烟台264005 北京工业大学空间结构研究中心北京100124

无环索弦支穹顶结构的下部预应力索支体系较为繁冗,影响其整体受力性能且给施工造成一定困难,需要进行合理优化。以某体育馆60 m跨屋盖为实例,研究去索对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响。针对原结构下部三层预应力索支体系,设计了四... 详细信息

无环索弦支穹顶结构的下部预应力索支体系较为繁冗,影响其整体受力性能且给施工造成一定困难,需要进行合理优化。以某体育馆60 m跨屋盖为实例,研究去索对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响。针对原结构下部三层预应力索支体系,设计了四种去索方案,综合分析不同去索方案对上部网壳结构总应变能、整体结构最大竖向位移和承载力的影响程度,确定最优去索方案。模拟最优去索方案对无环索弦支穹顶结构进行静力性能参数分析,研究撑杆高度、拉索索力、初始几何缺陷对结构刚度和承载力的影响。结果表明:去索位置越靠近中心,对上部单层网壳总应变能影响越小,对结构刚度和结构承载力的削弱越小,节约用钢量越少;去除第三层索对上部单层网壳应变能、结构刚度和承载力影响很小,建议在优化时优先考虑去除第三层索;第一层撑杆高度和第一层拉索预应力的增加可以使结构整体结构刚度显著变大,对结构承载力影响不大而对失效模式影响较大;第二层撑杆高度的变化对结构刚度无影响,对结构承载力和失效模式影响很小;第二层拉索索力的变化对结构刚度和承载力影响不大而失效模式影响较大;建议在优化时优先考虑调整第一层拉索和撑杆;初始几何缺陷对结构承载力影响较大,初始缺陷越大结构承载力越低,而对结构失效模式影响不明显。

关键词：空间结构无环索弦支穹顶去索方案静力性能

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无环索弦支穹顶结构的拉索及撑杆重要性评价

无环索弦支穹顶结构的拉索及撑杆重要性评价

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作者：邹瑶烟台大学

学位级别：硕士

弦支穹顶结构主要是由上部单层网壳以及下部预应力索支体系组合而成,具有造型优美、稳定性好等优势,属于一种刚-柔组合结构。本文所研究的无环索弦支穹顶结构,是一种特殊形态的弦支穹顶结构形式,其下部因采用了无环索预应力索支体系而... 详细信息

弦支穹顶结构主要是由上部单层网壳以及下部预应力索支体系组合而成,具有造型优美、稳定性好等优势,属于一种刚-柔组合结构。本文所研究的无环索弦支穹顶结构,是一种特殊形态的弦支穹顶结构形式,其下部因采用了无环索预应力索支体系而具有良好的抗连续倒塌性能。但索支体系较为繁冗,不仅影响结构整体受力性能且给施工造成一定困难;同时,由于索支体系独特的几何构形,不同部位的拉索及撑杆重要性大小尚不明确,断索及撑杆对结构的影响程度也不明确。基于此,本文以含有四层无环索预应力索支体系的跨度为100m的无环索弦支穹顶结构为初始分析模型,对结构进行索支体系层数及撑杆跳格优化,确定结构最终优化方案,并对采用最终优化方案的结构进行静力性能参数化分析。基于断拉索、撑杆前后结构上部网壳总应变能变化量峰值及网壳杆件应变能变化率标准差提出一种改进应变能法,对采用最终优化方案的结构进行拉索及撑杆的重要性评价,确定不同部位的拉索及撑杆的重要性。无环索弦支穹顶结构的模型优化中,首先对结构进行索支体系层数优化,针对索支体系层数共提出八种去索方案,分别对比8种去索方案与初始分析模型在用钢量、承载力、刚度方面的差异,确定最优去索方案为去除最内层索支体系。其次对采用最优去索方案的结构进行撑杆跳格优化,分别对比27种撑杆跳格方案与最优去索方案在用钢量、承载力、刚度方面的差异,确定最终优化方案为在去除最内层索支体系的基础上拔除第一层、第二层索支体系中第二圈撑杆以及第三层索支体系中第一、第二圈撑杆(共拔除四圈撑杆)。最后对采用最终优化方案的结构进行静力性能参数化分析,研究了撑杆高度、拉索预应力大小及初始几何缺陷对结构静力性能的影响规律:不同层索支体系之间的拉索索力及撑杆高度对结构静力性能的影响程度自外向内不断降低,初始几何缺陷对结构承载力的影响较大。无环索弦支穹顶结构的拉索及撑杆重要性评价中,以采用最终优化方案的结构为研究对象,建立有限元分析模型,采用中心差分模式的修正拉格朗日列式增量解法求解断拉索、撑杆后无环索弦支穹顶结构上部网壳总应变能时程曲线及杆件应变能变化率标准差,并研究拉索预应力大小及截面面积对评价结果的影响。研究结果表明:基于网壳总应变能变化率指标的拉索及撑杆重要性评价方法不适用于无环索弦支穹顶结构,本文提出的改进应变能法,即以网壳总应变能变化量峰值为主要评价指标,以网壳杆件应变能变化率标准差为辅助评价指标的评价方法,得到的评价结果不会随拉索预应力大小及截面面积的变化而变化,且避免了下部预应力索支体系应变能下降带来的影响,可有效区分无环索弦支穹顶结构中结构不同部位拉索及撑杆重要性。基于改进应变能法分析发现:不同层预应力索支体系之间的拉索及撑杆重要性自外向内依次降低;单根拉索、撑杆断裂仅对其附近的网壳杆件存在一定影响,对结构整体影响很小,结构抗连续倒塌性能优越。本文对无环索弦支穹顶结构的分析与研究能够促进人们对该结构体系的认知,并为无环索弦支穹顶结构在实际工程中的应用提供参考。

关键词：空间结构无环索弦支穹顶静力性能改进应变能法重要性评价

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撑杆跳格对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响规律

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建筑结构 2021年第S2期51卷 374-379页

作者：王长山刘人杰张志谦邹瑶国核电力规划设计研究院有限公司北京100095 烟台大学土木工程学院烟台264005

无环索弦支穹顶结构具有抗倒塌能力强、索力均匀、稳定性好等优点,但其下部预应力索支体系的撑杆分布较密集,既影响其整体结构性能又给施工造成不便,需要跳格布置撑杆以降低撑杆密集程度。以某体育馆80m跨无环索弦支穹顶结构方案为例,提... 详细信息

无环索弦支穹顶结构具有抗倒塌能力强、索力均匀、稳定性好等优点,但其下部预应力索支体系的撑杆分布较密集,既影响其整体结构性能又给施工造成不便,需要跳格布置撑杆以降低撑杆密集程度。以某体育馆80m跨无环索弦支穹顶结构方案为例,提出3种跳格方案。对比原结构和3种跳格方案的用钢量、稳定性、竖向位移、拉索和撑杆内力,确定最优跳格方案;分析荷载分布模式、外荷载大小、预拉力水平和初始缺陷程度对原结构和最优跳格方案静力性能的影响规律。结果表明:去除与虚拟内环相邻的1圈撑杆为最优撑杆跳格方案;撑杆跳格位置优先选择靠近虚拟内环的撑杆,虚拟内环处的撑杆以及分布稀疏的外圈撑杆不宜跳格;本算例的最优撑杆跳格方案对结构整体刚度和结构稳定性影响不大,但跳格附近区域的结构刚度略有减弱;本算例的最优撑杆跳格方案对拉索内力无影响,但跳格导致相邻撑杆内力显著增大,不应忽略。

关键词：空间结构弦支穹顶无环索弦支穹顶撑杆跳格静力性能

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基于改进应变能法的无环索弦支穹顶拉索重要性评价

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钢结构（中英文） 2020年第7期35卷 43-53页

作者：李雄彦刘人杰邹瑶薛素铎王超北京工业大学空间结构研究中心北京100124 烟台大学土木工程学院山东烟台264005

基于上部网壳总应变能变化量峰值和上部网壳杆件应变能变化率标准差提出一种改进应变能法,用于评价无环索弦支穹顶不同部位的拉索重要性。改进应变能法采用上部网壳总应变能变化量峰值作为主要评价指标,其目的是表征断索后上部网壳的最... 详细信息

基于上部网壳总应变能变化量峰值和上部网壳杆件应变能变化率标准差提出一种改进应变能法,用于评价无环索弦支穹顶不同部位的拉索重要性。改进应变能法采用上部网壳总应变能变化量峰值作为主要评价指标,其目的是表征断索后上部网壳的最不利状态且避免断索导致的下部预应力索杆体系应变能损失对以结构总应变能为指标的评价结论的干扰。改进应变能法采用上部网壳杆件应变能变化率标准差作为辅助评价指标的目的是考虑上部网壳不同部位应变能变化的分布情况。以含有三层无环索预应力索杆体系的直径100 m的无环索弦支穹顶为例。首先,建立结构有限元分析模型,通过施加预应力和外荷载得到无环索弦支穹顶的荷载态。然后,基于荷载态采用杆件瞬时移除技术完成断索模拟,采用中心差分积分模式的修正拉格朗日列式增量解法求解断后无环索弦支穹顶的杆件内力时程和节点位移时程。同时,基于杆件内力时程和节点位移时程,求得上部网壳每根杆件的应变能时程。最后,在此基础上,求得上部网壳总应变能时程和上部网壳杆件应变能变化率标准差。如果某部位断索后发生了结构连续倒塌,则该位置拉索的重要性排在首位或并列排在首位;如果未发生结构连续倒塌,则根据不同部位断索后的上部网壳总应变能变化量峰值和上部网壳杆件应变能变化率标准差为指标评价不同部位拉索的重要性。比较上部网壳总应变能变化量峰值,当断索后上部网壳总应变能变化量峰值越大,则该部位的拉索重要性越高;当上部网壳总应变能变化量峰值较为接近时,应补充比较上部网壳杆件应变能变化率标准差:上部网壳杆件应变能变化率标准差越大,拉索重要性越高。结果显示:无环索弦支穹顶的所有拉索预应力乘以相同倍数后以及所有拉索的截面面积乘以相同倍数后,采用以结构总应变能作为评价指标的拉索重要性评价结论会随预应力倍数和截面面积倍数的变化发生明显变化。这种现象的主要原因是下部预应力索杆体系应变能下降而上部单层网壳应变能上升,导致结构总应变能变化规律复杂。基于改进应变能法,采用上部网壳总应变能变化量峰值和上部网壳杆件应变能变化率标准差作为评价指标,则拉索重要性评价结论不随预应力倍数、截面面积倍数和上部网壳形式的变化而变化,避免了下部预应力索杆体系应变能下降带来的干扰,且可以有效区分不同部位的拉索重要性。研究表明:基于结构总应变能指标的拉索重要性评价方法不适用于无环索弦支穹顶,提出的改进应变能法可以有效评价无环索弦支穹顶不同部位拉索的重要性。基于改进应变能法分析发现:最外层预应力索杆体系中索力较大,断索的不对称变形导致不同部位拉索的重要性略有区别,拉索的中间段的重要性略小于其余各段;其余各层的索力远小于最外层,不同部位拉索的重要性没有明显区别。不同层预应力索杆体系之间,最外层的拉索重要性最高,向内依次降低。分析中还发现,断索部位附近的网壳杆件应变能变化较为明显,而距离断索部位较远的网壳杆件受到的影响很小;断索仅对无环索弦支穹顶的局部有影响,对结构主体的影响不大。

关键词：空间结构弦支穹顶无环索弦支穹顶拉索重要性应变能

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撑杆跳格对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响规律分析

撑杆跳格对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响规律分析

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第十八届空间结构学术会议

作者：刘人杰邹瑶薛素铎李雄彦王超烟台大学北京工业大学

关键词：空间结构弦支穹顶无环索弦支穹顶撑杆跳格静力性能

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