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作为新技术的预应力和作为新体系的空间结构两者结合衍生而出的预应力空间结构是建筑结构学科中的新成就。通过在空间网格结构中适当地引入预应力以后,可使结构的受力性能得到有效地改善,具有良好的经济效益,值得推广应用。拉索预应力组合扭网壳是这一新体系中的一个分枝,这一结构形式在国内的应用始于广东省清远市体育馆屋盖工程。近年来越来越得到重视和发展,预应力组合扭网壳已在国内许多工程中广泛应用。
本文结合清远市体育馆工程实例,在一定的理论分析基础上,应用ANSYS有限元软件,就拉索预应力组合扭网壳设计中的有关问题进行了研究。
首先,根据扭网壳的特点,利用ANSYS语言编制参数化建模程序,可以快速有效地生成模型。接着,指出原设计方法无法体现施工过程支座变化对结构受力的影响,提出考虑支架作用的设计方法。然后,采用考虑支架作用的方法对预应力组合扭网壳的施工过程进行分析,根据构件的特点,通过张拉预应力时逐步拆除满堂红支架的施工方法,防止杆件发生失稳破坏。其次,对该网壳结构进行了线性稳定分析和非线性稳定分析,跟踪网壳荷载一位移曲线和确定网壳临界荷载,得出该结构的稳定设计临界荷载远大于静力承载能力,不存在整体失稳现象。另外,分别采用数学规划法和应力比优化算法对预应力值和杆件截面进行优化,取得较好的经济效益。最后,根据本文的理论研究成果并结合工程经验提出了预应力扭网壳结构的设计方法。
预应力组合扭网壳结构具有良好的经济性和远大的发展前景,值得推广应用。以上分析方法在拉索预应力网壳结构设计中具有通用性,可供设计同类结构借鉴使用,并提出一些合理的设计建议供工程人员参考。