隨著社會(huì)的快速發(fā)展,人們對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)的需求日益增加。目前,跨度在150m以上的大跨度建筑結(jié)構(gòu)已不在少數(shù),300m以上的也已經(jīng)有了許多成功案例。但人類(lèi)對(duì)更大跨度結(jié)構(gòu)的追求從未停止。中國(guó)建筑總公司目前已經(jīng)提出并開(kāi)始設(shè)計(jì)的城市穹頂跨度為800m,擬建于北方寒冷城市。本文以800m超大跨凱威特巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,主要開(kāi)展了以下幾方面研究工作:(1)以ANSYS中的APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言為工具完成了結(jié)構(gòu)有限元模型的建立,采用滿(mǎn)應(yīng)力法和一維搜索法相結(jié)合的方法對(duì)單根桿件的截面進(jìn)行了優(yōu)化,得到了滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和桿件穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu),并對(duì)各工況下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖和位移圖進(jìn)行了分析,總結(jié)了超大跨凱威特巨形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),為該結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。(2)使用ANSYS中的屈曲分析模塊對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了線(xiàn)性穩(wěn)定性分析,得到了結(jié)構(gòu)的屈曲荷載和屈曲模態(tài);采用弧長(zhǎng)法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線(xiàn)性穩(wěn)定性分析,并逐步考慮了幾何非線(xiàn)性、初始幾何缺陷和材料非線(xiàn)性,得到了結(jié)構(gòu)在各種情況下的全過(guò)程荷載-位移曲線(xiàn),計(jì)算了各種因素對(duì)結(jié)構(gòu)極限承載力的影響系數(shù),分析了影響系數(shù)的變化規(guī)律,并和傳統(tǒng)跨度結(jié)構(gòu)的影響系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比;深入分析了該結(jié)構(gòu)的彈塑性失穩(wěn)模式,對(duì)該結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理進(jìn)行了探討。(3)使用復(fù)合形法對(duì)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,得到了線(xiàn)性穩(wěn)定性安全系數(shù)較高的結(jié)構(gòu),并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性全過(guò)程分析;對(duì)優(yōu)化過(guò)程中映射點(diǎn)、復(fù)合形最壞點(diǎn)和最優(yōu)點(diǎn)的變化情況進(jìn)行了分析,總結(jié)了各參數(shù)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的變化規(guī)律,同時(shí)根據(jù)超大跨凱威特型巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和復(fù)合形法的特點(diǎn)提出了能夠消除無(wú)用計(jì)算的雙重條件來(lái)判定優(yōu)化是否收斂。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TU399
【部分圖文】：

公元125年建成的古羅馬萬(wàn)神廟跨度為43.5m，其結(jié)構(gòu)形式為磚混結(jié)構(gòu)穹頂，如圖1-1 a)所示。將近兩千年后，1957年建成的小羅馬體育宮跨度為60m，其結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土網(wǎng)殼，如圖1-1 b)所示。在如此漫長(zhǎng)的歲月中，受制于建筑的材料、結(jié)構(gòu)體系和理論計(jì)算水平，建筑結(jié)構(gòu)跨越能力的提高非常緩慢。a) 古羅馬萬(wàn)神廟 b) 羅馬小體育宮 c) 英國(guó)倫敦千年穹頂d) 日本福岡穹頂 e) 中國(guó)國(guó)家體育場(chǎng) f) 重慶奧體中心體育場(chǎng)圖1-1 代表性空間結(jié)構(gòu)建筑近三十年來(lái)，隨著新的材料、新的工藝、新的技術(shù)和新的結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，在相對(duì)比較成熟的結(jié)構(gòu)分析理論支撐下，目前世界上跨度在150m以上的大跨度結(jié)

共建筑陸續(xù)建造。目前，我國(guó)已經(jīng)具備了設(shè)計(jì)建造跨度達(dá)300m以上空間結(jié)構(gòu)的能力：2008年建成的國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”，它的長(zhǎng)軸為332.3m，短軸為296.4m，巨大的箱形截面桁架構(gòu)成其結(jié)構(gòu)主體，如圖1-1 e)所示； 2004年建成的重慶奧體中心袁家崗體育場(chǎng)，上部拱桁架跨度達(dá)到312m[3]，如圖1-1 f)所示。早在二十世紀(jì)六十年代，來(lái)自美國(guó)、歐洲與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的學(xué)者就開(kāi)始對(duì)超大跨度城市穹頂方案展開(kāi)研究，并提出了一些概念性的設(shè)計(jì)方案，其中部分方案得到國(guó)際同行的認(rèn)可[4]，具體方案如圖 1-2 所示。a) 曼哈頓穹頂 b) 北極之城

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文覆蓋曼哈頓島的 40 多個(gè)街區(qū)，結(jié)構(gòu)概念方案如圖 1-2 a)所示。1971 年，Otto 提出了一個(gè)直徑 2000m 的充氣結(jié)構(gòu)，如圖 1-2 b)所示。該結(jié)構(gòu)計(jì)劃建在北極，用來(lái)改變常駐北極人員的生存和工作環(huán)境。為了抵抗颶風(fēng)和熱浪的，美國(guó)的工程師提出了一種跨度為 1600m、高度為 450m 的休斯敦城市穹頂，如圖 1-2 c)所示。美國(guó)的一家索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝公司提出了一種跨度高達(dá) 1931m 的拱桁架城市穹頂，如圖 1-2 d)所示。該結(jié)構(gòu)分為兩級(jí)，第一級(jí)由沿徑向的巨形拱桁架組成，第二級(jí)由輕型的索膜結(jié)構(gòu)組成，鑲嵌在巨形拱桁架之間。目前我國(guó)規(guī)劃中的城市穹頂已經(jīng)進(jìn)入了研究階段，中國(guó)建筑總公司目前已經(jīng)提出并開(kāi)始設(shè)計(jì)的城市穹頂跨度為 800m，如圖 1-3 所示，擬建于北方寒冷城市，建筑的內(nèi)部有海洋、沙灘和多座功能性建筑。本課題《800m 超大跨凱威特巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究及優(yōu)化》來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào) 5150081191），主要是為超大跨城市穹頂設(shè)想的實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備工作。
【參考文獻(xiàn)】

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1 王化杰;范峰;錢(qián)宏亮;支旭東;祝恩淳;;巨型網(wǎng)格弦支穹頂預(yù)應(yīng)力施工模擬分析與斷索研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2010年S1期

2 肖建春;王宏鑫;徐灝;夏紹全;馬星;馬克儉;;超大跨度局部雙、三層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)對(duì)多點(diǎn)地震波輸入的反應(yīng)[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2010年S1期

3 賀擁軍;周佳偉;周緒紅;;拉索預(yù)應(yīng)力球面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)靜力性能優(yōu)化分析[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年03期

4 齊月芹;;大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J];施工技術(shù);2009年S2期

5 肖建春;劉家坤;茍卡西;韓志剛;馬克儉;;局部單雙層網(wǎng)殼的初步優(yōu)化[J];重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào);2008年04期

6 董石麟;袁行飛;;索穹頂結(jié)構(gòu)體系若干問(wèn)題研究新進(jìn)展[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2008年01期

7 劉晚成;周華斌;林琳;郭曉江;;超大跨度自平衡預(yù)應(yīng)力索桿球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析[J];沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年04期

8 劉開(kāi)國(guó);;超大跨度網(wǎng)絡(luò)拱結(jié)構(gòu)的分析[J];空間結(jié)構(gòu);2006年01期

9 賀擁軍;周緒紅;劉永健;董石麟;李佳;;超大跨度巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2005年03期

10 鄧開(kāi)國(guó),李巧,賈志濤;重慶袁家崗體育場(chǎng)網(wǎng)殼罩棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J];建筑結(jié)構(gòu);2005年08期

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2 張恒飛;800m 超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)選型研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 李鵬宇;800m跨空間交叉立體桁架網(wǎng)格結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程模擬分析[D];太原理工大學(xué);2014年

4 王慶;六種典型雙層球面網(wǎng)殼參數(shù)化建模及形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];山東建筑大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2871853