体内张拉成形空间网格结构是在澳大利亚专利技术STRARCH结构和体内预应力钢屋架基础上提出的一种新型空间结构体系。它具有STRARCH结构和体内预应力钢屋架的优点,又继承了空间结构受力合理、重量轻、造价低以及结构形式多样等优点。该结构是通过几何大变形成形的预应力钢结构,施工时张拉下弦索使上弦梁拱起成形,结构成形后下弦完全水平。 本文首先研究了体内张拉成形空间网格结构的结构特点及受力机理,探讨了如何选择合理截面,并以非线性有限元理论为基础,以通用有限元分析软件ANSYS为分析工具,采用降温法对结构施加预应力,成功地模拟了结构的张拉成形过程。接着,对试验模型成形和受荷状态下的位移和内力进行了详细地分析,进而研究了结构的变形和受力特点。 在对该结构进行全面认识的基础上设计了跨度为4.8m的体内张拉成形空间网格结构模型试验,首次通过试验验证了新体系成形的可行性并成功地完成了结构静载试验。通过试验详细研究了体内张拉成形空间网格结构在张拉成形及受荷全过程中的成形规律、变形特点以及受力特点,并将试验结果和理论计算结果进行对比分析,进一步验证了特殊节点设计的可靠性及理论分析方法正确性、有限元程序计算的准确性,探索出一些体内张拉成形空间网格结构的成形机理。 研究结果表明该结构构造合理,受力性能优越,预应力效果显著,与传统空间结构形式相比,更适用于大跨度,结构优势明显,是一种有效、实用的结构体系。