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索穹项结构以其新颖的结构造型、巧妙的构思,一经问世便引起了建筑师和结构工程师的青睐。本文针对刚性屋面索穹项结构的若干关键建造技术,以无锡索穹顶结构工程为工程实例,重点进行研究。
本文在查阅了国内外大量文献的基础上,分析并总结了国内外索穹顶结构的研究现状、工程应用情况以及亟待解决的问题,最后提出了本文的主要研究内容。
考虑到索穹顶结构几何稳定性对结构分析的重要性,本文详细阐述了自应力模态、机构位移模态、矩阵奇异值分解、几何力等概念和算法,从索穹顶结构特有的杆件拓扑关系入手,编制了相应的计算机程序,通过工程实例分析,验证了程序的可靠性和适用性。
根据刚性屋面索穹顶结构的结构构成形式和特点,对刚性屋面索穹顶结构的协同工作机理进行了分析,建立了刚性屋面索穹顶结构协同工作静力分析的力学模型。基于协同工作力学模型,采用非线性有限元计算方法,对刚性屋面索穹顶结构进行静力力学性能分析。针对两种常见的荷载工况:满跨均布荷载和非对称荷载,分析了结构的构件内力和节点位移随荷载变化的规律,考察了刚性网格系统的协同工作对整体结构的刚度和承载力的影响。
建筑结构在实际建造过程中不可避免地存在初始缺陷与制造误差,本文提出了基于索长误差的体系预应力敏感性分析方法。通过对索长误差建立正态分布随机模型,以无锡索穹顶结构为例,研究了正态分布随机索长误差对结构的初始预应力态的影响,并根据结果提出了相应的制作要求,对实际工程具有一定的指导意义。
在对已建索穹顶结构的施工方法进行总结和客观评述的基础上,提出了一种改进的索穹顶结构施工成形方法——“索穹顶无支架提升索杆累积安装张拉成形方法”,并进行施工成形过程分析与跟踪监控,进行理论与实践的比较。
索穹顶结构脊索连续,索段之间的拉力不相等,拉力差通过铸钢索夹提供的摩擦力承担,铸钢索夹的有效性则依赖各索夹与脊索之间的抗滑摩擦。索夹抗滑力不足会导致索夹在脊索上产生滑移,滑移后将改变整个结构的拓扑,使竖直的撑杆倾斜,改变了整个结构的受力状态,对结构产生不利影响。索夹抗滑移摩擦阻力受影响因素较多,通过进行索夹抗滑移试验,证明索夹构造设计符合实际工程要求。
论文最后对上述研究内容及成果作了总结,提出了以后待解决的若干其他问题。