新型索桿張力穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析及力學(xué)性能研究-陸金鈺

東南大學(xué)土木工程學(xué)院新型索桿張力穹頂結(jié)構(gòu)形態(tài)分析及力學(xué)性能研究報(bào)告人:陸金鈺2014.11.01第十五屆空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議

引言

半規(guī)則張拉整體單元環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)

新型索桿全張力自平衡體系

力學(xué)性能

結(jié)論概述1.引言張拉整體:

“由一組離散的受壓構(gòu)件與一套連續(xù)受拉構(gòu)件組成的穩(wěn)定自平衡結(jié)構(gòu)體系。”應(yīng)用:

目前主要應(yīng)用于建筑和藝術(shù)領(lǐng)域三棱柱拱形塔形雕塑三棱柱四棱柱截頂四面體將張拉整體引入到索穹頂形成一種新型索桿張力結(jié)構(gòu)體系。能否實(shí)現(xiàn)？索穹頂:“一種支承于周邊受壓環(huán)梁上的張力集成或全張力空間結(jié)構(gòu)體系。”

(Geiger,1986)1.引言混凝土環(huán)梁及鋼桁架環(huán)梁1.引言規(guī)則張拉整體

很難適應(yīng)不同形狀非規(guī)則張拉整體

找形復(fù)雜,耗時(shí)較多,構(gòu)件不易設(shè)計(jì)、制造（羅堯治、許賢,2010）雙層張拉整體(Quirantetal.,2003)柱狀張拉整體(MurakamiandNishimura,2001)(Zhanget.al,2006)球形張拉整體(Quirantetal.,2003)2.半規(guī)則張拉整體單元平衡矩陣力平衡方程關(guān)聯(lián)矩陣

平衡矩陣奇異值分解張拉整體所需滿足的條件：得到非零解,A的最小奇異值為零自應(yīng)力模態(tài)張拉整體的幾何穩(wěn)定性：

判定乘積力的正定性機(jī)構(gòu)位移模態(tài)(CalladineandPellegrino,1991)經(jīng)典半八面體張拉整體單元正八面體找形過程梯形變換設(shè)計(jì)公式最小奇異值分布半規(guī)則張拉整體單元2.半規(guī)則張拉整體單元2.半規(guī)則張拉整體單元單元性質(zhì)平衡矩陣A的維數(shù):

24×16s=1,

m=3自應(yīng)力模態(tài)

Vs=[0.148,0.174,0.118,0.185,0.148,0.341,0.193,0.254,0.161,0.410,0.380,0.182,-0.242,-0.307,-0.232,-0.285]T幾何穩(wěn)定性√單元拼裝軸測圖俯視圖

×123.環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)局部坐標(biāo)可行預(yù)應(yīng)力環(huán)形張拉整體的初始預(yù)應(yīng)力及協(xié)同找形后的初始預(yù)應(yīng)力

前20階自振頻率f(Hz)=[3.7356,3.7357,4.0665,4.0665,7.7179,8.3871,8.3871,10.787,10.787,11.671,11.671,11.896,13.257,14.141,14.141,15.191,15.191,16.825,16.826,19.052]Tn=12,2R=50m,θ=60°參數(shù)：截面積：

8.243×10-3m2（桿）;1.924×10-3m2（索）彈性模量：

2.06×105Mpa（桿）;1.95×105Mpa（索）

壓桿屈服強(qiáng)度：

360Mpa拉索極限強(qiáng)度：

1670Mpa3.環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)3.環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模n=8,2R,θ=90°n=16,2R,θ=0°3.環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成環(huán)形張拉整體+索穹頂4.新型索桿全張力自平衡體系共用索

Levy型可行預(yù)應(yīng)力初始預(yù)應(yīng)力及協(xié)同找形后的初始預(yù)應(yīng)力

參數(shù)：截面積：環(huán)形張拉整體：8.243×10-3m2（桿）;1.924×10-3m2（索）索穹頂：4.155×10-4m2（桿）;2.886×10-4m2（索）彈性模量：

2.06×105Mpa（桿）;1.95×105Mpa（索）

壓桿屈服強(qiáng)度：

360Mpa拉索極限強(qiáng)度：

1670Mpa4.新型索桿全張力自平衡體系前20階自振頻率f=[3.4872,3.4873,6.4966,6.4966,6.8789,6.8790,9.0420,10.790,12.603,12.603,14.355,14.355,14.817,15.860,15.861,16.190,16.190,16.770,16.770,16.997]T前6階自振模態(tài)4.新型索桿全張力自平衡體系實(shí)物模型n=12,2R=0.8m,θ=60°4.新型索桿全張力自平衡體系實(shí)物模型n=12,2R=2m,θ=60°4.新型索桿全張力自平衡體系參數(shù)分析5.力學(xué)性能n=122R=50mθ=60°θ=67.5°基準(zhǔn)參數(shù)β=1.0β=1.3γ=1.0γ=1.1β=1.6γ

=1.2β=0.6β=0.8θ=52.5°γ=0.8γ

=0.9β：環(huán)形TS索桿面積系數(shù)γ：環(huán)形TS預(yù)應(yīng)力水平系數(shù)θ：環(huán)形TS單元傾角5.力學(xué)性能β：環(huán)形TS索桿面積系數(shù)影響剛度增大5.力學(xué)性能γ：環(huán)形TS預(yù)應(yīng)力水平系數(shù)影響剛度增大5.力學(xué)性能θ：環(huán)形TS單元傾角影響剛度增大6.結(jié)論基于半八面體張拉整體單元的幾何和拓?fù)潢P(guān)系，提出了一種新型半規(guī)則張拉整體單元。給出了環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法以及結(jié)構(gòu)整體可行預(yù)應(yīng)力。

以環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)作為周邊環(huán)梁，中部引入索穹頂與之無縫對(duì)接，構(gòu)建了新型索桿張力結(jié)構(gòu)體系，并計(jì)算了可行預(yù)應(yīng)力。

通過多參數(shù)數(shù)值分析表明環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)與索穹頂結(jié)構(gòu)能獲得較好的協(xié)同工作性能及整體剛度，且環(huán)梁具有剛度可調(diào)特性。未來更多有關(guān)該結(jié)構(gòu)體系的靜動(dòng)力學(xué)性能和施工方法等工作將會(huì)開展，使其能滿足實(shí)際工程應(yīng)用。6.結(jié)論動(dòng)畫展示懇請各位專家批評(píng)指正謝謝!力學(xué)性能參數(shù):預(yù)應(yīng)力（T）60°/0.8T

/1A49.8mm60°/1.0T

/1A49.3mm60°/1.2T

/1A48.7mm剛度索桿張力結(jié)構(gòu)體系剛度60°/1.0T

/0.6A53.1mm力學(xué)性能參數(shù):截面積（A）60°/1.0T

/1A49.3mm60°/1.0T

/1.6A44.6mm剛度索桿張力結(jié)構(gòu)體系52.5°/1.0T

/1A60.4mm力學(xué)性能60°/1.0T

/1A4