浅谈大跨度索承网壳的静力性能和施工过程模拟

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1、北京工业大学硕士学位论文大跨度索承网壳的静力性能和施工过程模拟姓名：张婷婷申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：张毅刚20070601摘要索承网壳结构是一种由上部单层网壳和下部索杆体系组成的一种合理的新型杂交空间结构体系。这种结构成形的机理是通过给索承网壳下部的高强索中施加预应力使整个结构产生与使用荷载作用相反的反拱，从而有效降低网壳的内力和变形，达到提高整体结构屈曲承载力的目的。索承网壳结构结合了单层网壳和索杆体系各自的优势，成为能够跨越更大跨度的经济合理的结构体系。对于索承网壳的结构性能及设计施工理论，国内外已经得出了一些研究成果，但这些工作大

2、多是针对中小跨度的，我国对索承网壳结构的工程应用也限于小跨度。本文以正在建造施工的93米跨、9．3米矢高的2008年奥运会羽毛球比赛馆索承网壳实际工程为例，研究其静力性能，提出针对大跨度索承网壳施工的外扩法，并对旌工全过程进行跟踪模拟。本文通过考察索承网壳和同样结构形式、相同截面的单层网壳结构的结构性能，对比分析来研究索承网壳中索杆体系对结构的改善作用。运用ANSYS有限元程序，考虑结构钓几何非线性进行了静力分析和稳定性能分析，稳定分析包括特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。分析结果表明索承网壳结构体系的优越性，索杆体系提高了结构的强度、刚度和稳定性。索承

3、网壳结构中的杆件截面可以比同等跨度的单层网壳小，钢材利用更充分，用钢量减少。对于索承网壳中心薄弱部位，可以采用增大网壳中心杆件截面和加大最内圈环向索预拉力两种措施来加强，增强结构剐度和整体稳定性。本文以奥运会羽毛球比赛馆索承网壳实际工程为例，探索适合大跨度索承网壳的施工方法。根据羽毛球馆索承网壳结构特点和施工现场条件，建议采用外扩法施工方案，并利用ANSYS的生死单元技术，多荷载步求解，准确模拟施工过程，总结了在施工过程的各个阶段结构表现出的特点，分析了在只有部分安装好的结构构件参与工作的情况下，不完整结构对预应力的反应情况及在成形过程中结构形状变化特

4、点，内力和节点位移变化规律，验证了施工方法的可行性和合理性。同时，对比施工过程模拟的计算结果与不考虑施工过程的常规设计法的计算结果，两者有显著差异，且此差异的大小与所采用的施工方法和结构本身情况有关，表明施工过程模拟分析的重要性。，外扩法可作为大跨度索承网壳结构的施工方法，施工过程模拟结果可为优化设计、施工张拉、施工监测提供参考依据。关键词：索承网壳几何非线性外扩法生死单元施工过程模拟ABSTRACTCable-supportedlatticeshell(CSLS)structuralsystemisanew-typehybridspatials乜11

5、cnⅡ蛆systemwhicheomistsofasinglelayerlatticeshen(su墨)舔upperchord，someprestressedcablesandstaybarsasthebottomchord．ApplypI磷；嘛sincablesoftheCSLSoanmaketheintegralslructurecreateupwarddisplacementoppositeloadandthendecreasetheinnerforceanddeformationandincreasethebucklingcapacityoft

6、hestructure．CSLScombinesthestrongpointofSUSandcablesystemtospanlargerspacereasonablyandeconomically．ThestudyonCSLSwasjuststartedsevernlyearsagoandtherewef℃flollleresearchesandtheoriesinChinaandintheworldandtherewerealso80111eprojectsbuiltinC抽ina．butallofthese、ve∞smallones．Static

7、behaviorandoutwardexpandingconstructionmethodoflargespacecable-supportedlatticeshellisexploredwiththereadprojectwhichisthecable-supportedlatticeshellofBadmintonArenafor2008OlympicGamesbeingconstructedwhosediameteris93mctel"sandheightis9．3meters．First,$omeresearchesonmechanicalbe

8、haviorofCSLSforlargespanarecarriedoutsystematic