滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)弦支穹頂結(jié)構(gòu)分析及試驗(yàn)研究

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1、￣￣？矣賽夫邊ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中國第－臟代大學(xué)＞ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博±學(xué)位論文—ｎｍｍｉｉｉＭｕａｋ＾＾ｉｌ儀－±木工程：歷級(jí)學(xué)科指導(dǎo)教師；陳志華教授華天津大學(xué)研究生院２０巧年５月天津大學(xué)博士學(xué)位論文滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)弦支穹頂結(jié)構(gòu)分析及試驗(yàn)研究Structuralanalysisandexperimentalstudyonsuspen-domestructureswithslidingcable-strutjoints【申請(qǐng)博士學(xué)位】基金資助：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51478310)學(xué)

2、科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程博士生：嚴(yán)仁章指導(dǎo)教師：陳志華教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一五年五月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的，研巧成果，除了文中特別加標(biāo)注和致謝之處外論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同志對(duì)本研巧所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。＾學(xué)位論文作者簽名：仁簽字日期：年；月日＾＾＾學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。Ｌ特授權(quán)天

3、津大學(xué)可：Ａ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、，并采用影印縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編Ｗ供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名；導(dǎo)師簽名：ｉ爭(zhēng)崎辦ｆ文衣立心＾巧年（簽字日期：年月日簽字日期；月／日７中文摘要弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于將預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值準(zhǔn)確地施加到結(jié)構(gòu)中去，工程中常采用張拉環(huán)索方式施加預(yù)應(yīng)力。為減小索撐節(jié)點(diǎn)處的摩擦損失，可在撐桿下節(jié)點(diǎn)處運(yùn)用滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)。通過試驗(yàn)方法研究這種引入了滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)的弦支穹頂結(jié)構(gòu)的

4、力學(xué)性能，并定量對(duì)比分析弦支穹頂與上部單層網(wǎng)殼的靜力性能，對(duì)評(píng)估滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)弦支穹頂?shù)母咝苄跃哂兄匾饬x。由于橢球形弦支穹頂自身的幾何特征，張拉環(huán)索這一高效施工方式能否直接應(yīng)用于橢球形弦支穹頂，直接影響了弦支穹頂?shù)耐茝V應(yīng)用。滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)的引入雖能有效減小摩擦損失，但既有研究表明其不能完全克服摩擦，因此在結(jié)構(gòu)的有限元分析中如何在單元層面考慮拉索與撐桿下節(jié)點(diǎn)間的摩擦，以準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)的整體性能。以及張拉過程中的預(yù)應(yīng)力隨機(jī)誤差對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的影響，都是弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系的理論研究過程中需要解決的問題。本文即針對(duì)這種采用了新型滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)的弦支穹頂結(jié)構(gòu)展開了

5、深入的研究。滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)性能改善程度的最直接衡量標(biāo)準(zhǔn)是檢測(cè)出節(jié)點(diǎn)兩側(cè)索力值，以計(jì)算該節(jié)點(diǎn)處的預(yù)應(yīng)力摩擦損失值?；谥苯訙y(cè)量法提出了一種適用于弦支穹頂結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究的索力測(cè)試方法，并通過試驗(yàn)研究、理論分析驗(yàn)證其可靠性及應(yīng)用范圍。提出了一種適用于張弦結(jié)構(gòu)體系的等效摩擦單元，進(jìn)而建立了張弦結(jié)構(gòu)考慮拉索與撐桿下節(jié)點(diǎn)間摩擦的有限元分析方法，并通過試驗(yàn)研究驗(yàn)證了該摩擦單元的適用性。將等效摩擦單元應(yīng)用到張弦桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析中，得到了預(yù)應(yīng)力摩擦損失對(duì)張弦桁架結(jié)構(gòu)整體性能的影響規(guī)律。分別開展了帶滾動(dòng)式張拉索節(jié)點(diǎn)的弦支穹頂結(jié)構(gòu)和其上部單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的理論分析和試驗(yàn)研究，

6、并對(duì)比分析了弦支穹頂和相應(yīng)單層網(wǎng)殼的靜力性能?；趩螌泳W(wǎng)殼內(nèi)的力流傳遞規(guī)律和桿件的空間位置關(guān)系，提出了一種桿件內(nèi)力近似計(jì)算方法，推導(dǎo)了網(wǎng)殼在球坐標(biāo)系下的有限元計(jì)算方法；建立茌平體育館弦支穹頂?shù)?：10縮尺模型，拉索張拉前開展了單層網(wǎng)殼的靜力試驗(yàn)，得到了單層網(wǎng)殼在半跨和全跨荷載作用下的內(nèi)力分布特征，同時(shí)驗(yàn)證了理論分析的正確性；開展了弦支穹頂?shù)膹埨囼?yàn)和靜力試驗(yàn)，采用高精度的激光跟蹤儀全程跟蹤測(cè)量關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)位移，揭示了弦支穹頂張拉過程中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形變化規(guī)律，得到了弦支穹頂在全跨與半跨荷載作用下的內(nèi)力分布特征。針對(duì)橢球形弦支穹頂結(jié)構(gòu)同圈環(huán)索內(nèi)力有可能不等，從而不能

7、采用張拉環(huán)索這一高效施工方式的情況，分析了3種常見橢球形弦支穹頂結(jié)構(gòu)索撐體系的初始平衡態(tài)，得到了橢球形索撐體系同圈環(huán)索內(nèi)力相等的必要條件；針對(duì)同圈環(huán)索內(nèi)力不等的案例，采用擴(kuò)展力密度法對(duì)索撐體系重新找形，得到了同圈環(huán)索內(nèi)力相等時(shí)的形態(tài)；根據(jù)環(huán)索內(nèi)力的分布規(guī)律提出了張拉環(huán)索時(shí)張拉點(diǎn)的合理布置建議。弦支穹頂結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力誤差不可必免地存在，基于概率統(tǒng)計(jì)原理，以一實(shí)際工程為背景，研究了弦支穹頂結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能對(duì)環(huán)索內(nèi)力隨機(jī)誤差的敏感性，以及隨機(jī)誤差對(duì)各項(xiàng)力學(xué)性能的具體影響程度。明確了弦支穹頂結(jié)構(gòu)最外圈環(huán)索在結(jié)構(gòu)中的重要作用以及對(duì)結(jié)構(gòu)的重要影響程度，提出了弦支穹頂預(yù)應(yīng)力

8、施工過程中嚴(yán)格控制最外圈環(huán)索內(nèi)力張拉精