【摘要】：隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展,近年來國內(nèi)出現(xiàn)了許多新型現(xiàn)代化的大跨度空間結(jié)構(gòu),張弦桁架結(jié)構(gòu)是大跨度空間結(jié)構(gòu)的代表之一。張弦桁架結(jié)構(gòu)是由桁架、撐桿和預應力拉索組成的典型剛?cè)峤Y(jié)合體系,其中拉索的預應力對結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力有著至關(guān)重要的影響。然而,由于預應力結(jié)構(gòu)的施工工藝和材料性能等原因,張弦桁架結(jié)構(gòu)在施工、使用階段的過程中,拉索的預應力會發(fā)生不同程度的損失,影響結(jié)構(gòu)正常使用要求,尤其在地震作用下,存在預應力損失的結(jié)構(gòu)能否保證其安全性是人們關(guān)注的重點。本文以廣州國際會議展覽中心的張弦結(jié)構(gòu)鋼屋蓋為原型,利用大型通用軟件ANSYS的APDL語言進行建模并結(jié)合試驗數(shù)據(jù),重點分析預應力損失下整體張弦桁架的抗震性能,希望能為張弦桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工提供一些參考。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹張弦桁架結(jié)構(gòu)的建模過程以及張拉試驗中的索力測定試驗,利用頻率法得到各榀桁架拉索索力的試驗結(jié)果:張拉后各索力在2140kN~2283kN,受荷載后索力在3471kN~3776kN;而索力的有限元結(jié)果:張拉后各索力在2005kN~2149kN,受荷載后索力在3418kN~4100kN。對比有限元結(jié)果,試驗結(jié)果顯示拉索在受載階段有預應力損失的情況,并且整體張弦桁架中預應力損失的大小、損失榀的數(shù)量以及位置具有隨機性。(2)考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性分別對單榀、雙榀桁架預應力損失的張弦桁架模型進行時程分析。結(jié)果顯示:單榀或雙榀桁架預應力損失下結(jié)構(gòu)的地震響應峰值如跨中豎向位移、跨中上弦桿壓力、跨中下弦桿拉力、支座下弦桿壓力都有不同程度的增大,桿件的安全儲備不斷減少,當預應力損失30%時,結(jié)構(gòu)已經(jīng)滿足不了正常使用極限狀態(tài);得到對結(jié)構(gòu)最不利的雙榀桁架預應力損失組合,除跨中下弦桿拉力外,雙榀、單榀預應力損失對結(jié)構(gòu)地震響應的影響幅度基本相同。單榀、雙榀預應力損失均使得結(jié)構(gòu)的地震響應有不同程度的增大,預應力損失不利于結(jié)構(gòu)的抗震性能。(3)對張弦桁架進行特征值屈曲分析,通過計算得出張弦桁架的屈曲模態(tài)以及屈曲荷載系數(shù);考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性以及材料非線性對張弦桁架進行結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)時程分析,結(jié)合B-R準則提出結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)判別方法,判別出結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定臨界荷載;隨后列出結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的變形圖以及應力狀態(tài)圖,詳細分析張弦桁架結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)的變形情況以及動力失穩(wěn)前后的應力狀態(tài)變化。
【圖文】：

（c）多向張弦梁結(jié)構(gòu) （d）輻射式張弦梁結(jié)構(gòu)圖 1-3 空間張弦梁結(jié)構(gòu)Fig. 1-3 Forms of space beam string truss structure(a) 單向張弦梁單向張弦梁是通過在單榀平面張弦梁結(jié)構(gòu)之間布置水平橫向檁條，使得各榀平面張弦梁共同受力形成的空間受力體系。(b) 雙向張弦梁雙向張弦梁是將單榀平面張弦梁結(jié)構(gòu)沿縱橫兩個方向布置，，相互垂直的平面張弦梁傳遞內(nèi)力而成的空間受力體系。(c) 多向張弦梁多向張弦梁是將各榀平面張弦梁結(jié)構(gòu)沿多個方向交叉布置，各個方向的平面張弦梁共同受力而成的空間受力體系。(d) 輻射式張弦梁該結(jié)構(gòu)是在中央按輻射狀布置上弦梁，在梁下設(shè)置撐桿并用環(huán)向索連接而形成的多向空間受力體系。

廣州大學碩士學位論文張弦結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的首次應用是在 20 世紀 80 年代，M.saitoh 教授設(shè)計的體育館，平面尺寸為 58m×58m。而到了 20 世紀 90 年代張弦結(jié)構(gòu)開始應用于筑，其中著名的建筑是日本的 Green Dome Maebashi 多功能體育館（如圖 1-5寸為 122m×167m，屋蓋高 42m。屋蓋由 34 個張弦桁架組成，為輻射式張弦結(jié)構(gòu)
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU323.4

【參考文獻】

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