多重弦支網(wǎng)格梁屋蓋結構性能研究.pdf

1、弦支結構是在張拉整體概念的基礎上發(fā)展而來的一種先進高效的預應力鋼結構體系。該類結構通常由上部結構（梁、網(wǎng)殼、桁架等）、下部拉索以及中部的豎向撐桿組成。通過對索施加預應力，可以使上部結構的受力和變形情況得到顯著改善。弦支結構突破了傳統(tǒng)空間結構限制，被廣泛應用于體育館、影劇院、火車站、飛機場等建筑中。特別是2008年北京奧運會以來，由于我國體育事業(yè)的發(fā)展，全國各地興建了許多體育場館，弦支結構也在造型各異的場館中被大量采用，并且衍生出了多種不

2、同的結構形式。
　　本文以山西體育中心三館多重弦支網(wǎng)格梁屋蓋為研究背景。該屋蓋的上部為雙向正交的箱型截面梁組成的單層網(wǎng)殼，中部為圓鋼管制成的豎向撐桿，下部為高強鋼絲束制成拉索以及斜拉鋼棒。三者結合為統(tǒng)一的整體共同承擔外荷載，具有良好的受力性能和空間整體性。然而結構體系傳力路徑復雜，類似工程經(jīng)驗比較少，對該結構的理論研究也不完善。為進一步了解其整體結構性能，本文應用ABAQUS有限元分析軟件對自行車館鋼屋蓋進行了數(shù)值模擬，分析了該結

3、構在恒活荷載作用下的應力狀態(tài)，計算結果與現(xiàn)場施工監(jiān)測數(shù)據(jù)相互校核，驗證了模型的正確性。基于這一計算模型，對多重弦支網(wǎng)格梁結構的力學性能進行了分析，并得到了以下一些結論:
　　(1)對結構的靜力性能分析表明，與純網(wǎng)殼相比，多重弦支網(wǎng)格梁結構的跨中撓度、支座反力、上弦彎矩都有明顯減小，其中預應力在改善結構整體受力性能方面發(fā)揮了很大的作用。
　　(2)采用子空間迭代法對結構的自振特性進行分析，發(fā)現(xiàn)多重弦支網(wǎng)格梁結構的自振頻率隨著階

4、數(shù)的增加，增長過程較為平緩，沒有出現(xiàn)明顯的突跳。與純網(wǎng)殼相比，自振頻率明顯加大，振型也更為復雜。與周邊簡支情況相比，周邊固支情況下自振頻率提高10％左右。自振頻率會隨著荷載強度的增加而逐漸下降。預應力對自振頻率的影響程度較小。
　　(3)對結構進行線性屈曲分析表明，與純網(wǎng)殼相比，更多頂點的屈曲模態(tài)會在多重弦支網(wǎng)格梁中提前出現(xiàn)，屈曲特征值顯著提高。采用弧長法對結構進行非線性屈曲分析同樣可以看到，多重弦支網(wǎng)格梁的臨界荷載提高很多?？紤]

5、幾何非線性和材料非線性都會使結構的穩(wěn)定性顯著降低，初始缺陷的增大也會使結構的穩(wěn)定性大幅下降。此外，支座條件、活荷載與初始缺陷的分布情況也對結構穩(wěn)定性有不同程度的影響。
　　(4)采用動力彈塑性時程分析方法對結構的地震響應進行研究，結果表明不論是結構的位移響應還是構件進入塑性階段的數(shù)量，多重弦支網(wǎng)格梁結構都比純網(wǎng)殼結構明顯減小。按照B-R準則判斷，結構的動力穩(wěn)定性顯著提高。此外，豎向地震作用對多重弦支網(wǎng)格梁結構的影響。不同地震波作用