[發明專利]一種基于承載全過程研究的索穹頂結構設計指標確定方法

有效

• 申請號: 201210095739.6
• 申請日: 2012-04-04
• 公開（公告）號: CN102733478A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 葛家琪;張國軍;馬伯濤;劉鑫剛;王樹
• 申請（專利權）人: 中國航空規劃建設發展有限公司
• 主分類號: E04B1/32
• 分類號: E04B1/32;E04B7/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及預應力鋼結構領域，更詳細的說是一種基于承載全過程研究的索穹頂結構設計指標確定方法，尤其是涉及以索穹頂承載全過程中“脊索松弛-環索屈服-結構破壞”三階段荷載-力學響應為特征的，以仿真分析和試驗為評判依據的指標確定方法。承載全過程：指從結構僅承受自重及索體初始預應力狀態開始，對結構逐步增加荷載至結構破壞的全過程。

背景技術

索穹頂結構集新材料、新技術和新工藝于一體，具有合理的受力特性和較高的結構效率，是較能體現當代建筑先進材料、設計和施工技術水平的現代化結構體系之一。索穹頂主體結構由四個部分構成：由脊索、斜索、環索組成的連續張力索網，受壓撐桿，中央拉力環，周邊受壓環桁架。索膜次結構包括由張緊于脊索之上的膜和設置在徑向脊索之間的谷索。預應力的施加使索穹頂從機構演變為結構，并能承受設計使用荷載，所以張力索網是索穹頂結構的主要承力構件，它實現了“連續張力海洋”的結構力學先進理念。

以往索穹頂結構設計僅限于彈性階段設計，主要包括構件彈性承載力設計、體系小變形能力設計。與既有發明不同的是，本發明以索穹頂承載全過程中的“脊索松弛-環索屈服-結構破壞”三階段特征評判為依據，得到體系彈性承載能力系數、體系穩定承載力系數和體系大變形能力系數（以下簡稱三控指標系數），提出三控指標同時控制索穹頂結構體系靜力延性安全性能的方法，為索穹頂結構設計指標的確定提供了科學的依據和方法。

發明內容

本發明的目的，就是提供一種基于承載全過程研究的索穹頂結構設計指標確定方法，其特征在于：該指標是基于索穹頂承載全過程中的“脊索松弛-環索屈服-結構破壞”三階段荷載-力學響應特征確定的，并且包括以下步驟：

步驟①，在試驗室內對索進行材料力學試驗，得到彈性模量、屈服強度、極限強度、線膨脹系數等參數；在試驗室內對索及索夾連接節點進行力學試驗，得到連接節點摩擦系數及其約束剛度等參數。

步驟②，進行索穹頂結構承載全過程分析研究。可通過計算仿真分析實現。依據試驗室試驗結果，將結構材料模型設定為非線性屬性；依據試驗結果在計算模型中考慮索的預應力損失及索夾節點約束剛度影響，并在計算過程考慮結構體系幾何非線性。分析在ANSYS軟件中進行，采用非線性迭代方法求解。計算得出承載全過程中體系的穩定承載力、變形能力、索力等參數變化關系。

索穹頂結構承載全過程分析研究也可通過整體結構模型試驗方法實現。試驗得出承載全過程中體系的穩定承載力、變形能力與索力等參數變化關系。

步驟③，以K倍設計荷載施加于索穹頂上，利用步驟②方法，以脊索不出現松弛為判別條件，求得體系彈性承載能力系數K；

根據步驟②方法，以環索屈服為判別條件，計算索穹頂體系環索屈服荷載系數和環索屈服體系大變形系數；

根據步驟②方法，以結構破壞為判別條件，計算索穹頂體系破壞荷載系數P_u和體系極限大變形系數D_u。

步驟④，由步驟③已經求得的、、P_u、D_u進一步求解得到索穹頂的體系穩定承載力系數和體系大變形能力系數；結合步驟③確定的體系彈性承載能力系數K，構成本發明所涉及的三個設計指標。

說明：脊索松弛指脊索出現拉應力為0的情況；環索屈服指對于沒有明顯的屈服點高強鋼絞線環索，當其應力超過0.8倍屈服應力的情況。

本發明具有如下有益效果：

(1)?通過大量仿真分析、試驗和工程實踐得到索穹頂結構承載全過程中“脊索松弛-環索屈服-結構破壞”三階段荷載-力學響應為特征；

(2)?為索穹頂結構體系安全設計提出基于承載全過程的三控指標系數的確定方法；

(3)?提出索穹頂結構三控指標系數同時控制的靜力延性安全性能設計方法。

下面參照附圖對本發明進一步說明。

?

附圖說明

圖1為結構承載全過程荷載-力學響應非線性迭代過程示意圖。

圖2為體系穩定承載力系數P與脊索應力σ關系曲線。

圖3為體系穩定承載力系數P和大變形能力系數D的關系曲線。

圖4本發明方法的流程圖。

圖5為本發明實施例中索穹頂屋蓋結構構成。

圖6為本發明實施例中荷載-脊索應力曲線。

圖7為本發明實施例中荷載-環索應力曲線。