【摘要】：索穹頂結(jié)構(gòu)體系起源于Fuller張拉整體思想,是一種輕盈、高效的預(yù)應(yīng)力大跨空間結(jié)構(gòu)體系。體系中大部分構(gòu)件處于受拉狀態(tài),能夠充分發(fā)揮鋼拉索的性能。受壓構(gòu)件少內(nèi)力小從而能夠盡量避免結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。碳纖維復(fù)合材料的密度約為鋼材的1/5,強度優(yōu)于鋼材,同時其耐腐蝕性、耐疲勞性能也均強于鋼材,對大跨空間結(jié)構(gòu)而言是一種較理想的輕質(zhì)高強材料。將碳纖維復(fù)合材料與索穹頂結(jié)合能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢,形成更加輕盈的結(jié)構(gòu),對抗震有利。但目前將碳纖維復(fù)合材料與索穹頂結(jié)構(gòu)體系相結(jié)合的研究尚少,尚無對碳纖維索穹頂結(jié)構(gòu)進行振動臺試驗研究。本文基于實際工程結(jié)構(gòu),設(shè)計了一直徑5.4m的碳纖維索穹頂結(jié)構(gòu)的縮尺模型,國內(nèi)首次對其進行了振動臺試驗,并結(jié)合數(shù)值模擬方法對模型進行了研究,主要內(nèi)容如下:完成了試驗?zāi)Ｐ偷乃鳁U構(gòu)件、錨具、節(jié)點、張拉裝置以及剛性連接底座的設(shè)計制作。根據(jù)現(xiàn)有研究及本模型的幾何位形及碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件的實際情況,確定了碳纖維索穹頂?shù)某跏紤B(tài)預(yù)應(yīng)力水平。設(shè)計了碳纖維索穹頂結(jié)構(gòu)模型的安裝與張拉成形方案,并成功完成了模型的安裝及張拉成形。設(shè)計了試驗的測量方案。對碳纖維索穹頂?shù)淖哉耦l率進行了測量。進行了多工況下的振動臺試驗,包括不同類型地震波(近場波、典型波、長持時波)下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)進行了測量,對比了模型試驗結(jié)果與數(shù)值模型結(jié)果的差異,結(jié)果表明試驗結(jié)果與數(shù)值模型吻合較好。設(shè)計了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù),分析了這些參數(shù)對碳纖維索穹頂結(jié)構(gòu)的自振頻率和地震響應(yīng)的影響。結(jié)果表明初始預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)動力性能的影響最大。對不同類型地震波下、對不同峰值的同一地震波作用下結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)、內(nèi)力響應(yīng)、位移響應(yīng)進行了振動臺試驗,分析比較了結(jié)構(gòu)的抗震性能與地震波特性的關(guān)系。結(jié)果表明地震波低頻段傅里葉幅值及其占比和PGA/PGV大小與結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)關(guān)聯(lián)較大。結(jié)合前文的結(jié)果,并根據(jù)IDA法思想,建議了結(jié)構(gòu)的抗震性能評估參數(shù),并對結(jié)構(gòu)進行了抗震評估。結(jié)果表明碳纖維索穹頂結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。
【圖文】：

圖 1-1 部分已建成索穹頂.1.2 索穹頂結(jié)構(gòu)特點索穹頂結(jié)構(gòu)體系是一種空間鉸接的索桿結(jié)構(gòu)體系，其由連續(xù)的拉索和不連續(xù)的壓桿組成，無多余約束，能夠自平衡[4-5]。索穹頂結(jié)構(gòu)屬于預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)，其存在三個狀態(tài)狀態(tài)、初始態(tài)和荷載態(tài)。零狀態(tài)指結(jié)構(gòu)位于安裝初始位置狀態(tài)，此時結(jié)構(gòu)內(nèi)部無應(yīng)力始態(tài)是指將結(jié)構(gòu)從零狀態(tài)張拉至設(shè)計位置和設(shè)計內(nèi)力時結(jié)構(gòu)的狀態(tài)；荷載態(tài)是指結(jié)構(gòu)態(tài)承受相應(yīng)荷載后，結(jié)構(gòu)的位形狀態(tài)和內(nèi)力狀態(tài)[6]。索穹頂結(jié)構(gòu)在從零狀態(tài)張拉初始態(tài)的過程中剛度從無到有、逐漸增大。由于自身的衡特性，索穹頂結(jié)構(gòu)在張拉成形的過程中能夠不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)應(yīng)力的分布狀態(tài)以構(gòu)的幾何外形。在從初始態(tài)到荷載態(tài)的過程中，脊索開始松弛，力流經(jīng)過壓桿傳至下系，再傳給周邊壓力環(huán)，環(huán)索和斜索成為主要受力構(gòu)件，剛度隨之不斷改變[4]�？傊�，索穹頂結(jié)構(gòu)總體有如下幾個特點[7]：（1）索穹頂結(jié)構(gòu)中的拉索處于連續(xù)的張力狀態(tài)。（2）索穹頂結(jié)構(gòu)本身幾乎無剛度，其剛度由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生。索穹頂性能的重要影響因

第 1 章 緒論（1）Geiger 型[1]Geiger 型索穹頂以中心放射狀布置的脊索為特點，結(jié)構(gòu)簡單、施工便利、對誤差不感。但由于其上部脊索缺乏環(huán)向的連系造成平面外剛度較小，一般適用于均布荷載作用的圓形平面屋蓋結(jié)構(gòu)。實際運用中由于蓋膜需要，常在兩根脊索間設(shè)置谷索，用于支承膜
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU399;TU352.11

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5 天津大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、天津鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會理事長 陳志華;索結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展[N];建筑時報;2013年

6 天津大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，天津鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會理事長 陳志華;索結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展(四)[N];中國建設(shè)報;2012年

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本文編號：2650634