東南大學土木工程學院新型索桿張力穹頂結構形態(tài)分析及力學性能研究報告人:陸金鈺2014.11.01第十五屆空間結構學術會議

引言

半規(guī)則張拉整體單元環(huán)形張拉整體結構

新型索桿全張力自平衡體系

力學性能

結論概述1.引言張拉整體:

“由一組離散的受壓構件與一套連續(xù)受拉構件組成的穩(wěn)定自平衡結構體系。”應用:

目前主要應用于建筑和藝術領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構體系。能否實現(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構體系。”

(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

很難適應不同形狀非規(guī)則張拉整體

找形復雜,耗時較多,構件不易設計、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構位移模態(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計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)形張拉整體結構局部坐標可行預應力環(huán)形張拉整體的初始預應力及協(xié)同找形后的初始預應力

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）

壓桿屈服強度：

360Mpa拉索極限強度：

1670Mpa3.環(huán)形張拉整體結構3.環(huán)形張拉整體結構參數(shù)化建模n=8,2R,θ=90°n=16,2R,θ=0°3.環(huán)形張拉整體結構體系構成環(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型可行預應力初始預應力及協(xié)同找形后的初始預應力

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）

壓桿屈服強度：

360Mpa拉索極限強度：

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物模型n=12,2R=0.8m,θ=60°4.新型索桿全張力自平衡體系實物模型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.力學性能n=122R=50mθ=60°θ=67.5°基準參數(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預應力水平系數(shù)θ：環(huán)形TS單元傾角5.力學性能β：環(huán)形TS索桿面積系數(shù)影響剛度增大5.力學性能γ：環(huán)形TS預應力水平系數(shù)影響剛度增大5.力學性能θ：環(huán)形TS單元傾角影響剛度增大6.結論基于半八面體張拉整體單元的幾何和拓撲關系，提出了一種新型半規(guī)則張拉整體單元。給出了環(huán)形張拉整體結構的構造方法以及結構整體可行預應力。

以環(huán)形張拉整體結構作為周邊環(huán)梁，中部引入索穹頂與之無縫對接，構建了新型索桿張力結構體系，并計算了可行預應力。

通過多參數(shù)數(shù)值分析表明環(huán)形張拉整體結構與索穹頂結構能獲得較好的協(xié)同工作性能及整體剛度，且環(huán)梁具有剛度可調(diào)特性。未來更多有關該結構體系的靜動力學性能和施工方法等工作將會開展，使其能滿足實際工程應用。6.結論動畫展示懇請各位專家批評指正謝謝!力學性能參數(shù):預應力（T）60°/0.8T

/1A49.8mm60°/1.0T

/1A49.3mm60°/1.2T

/1A48.7mm剛度索桿張力結構體系剛度60°/1.0T

/0.6A53.1mm力學性能參數(shù):截面積（A）60°/1.0T

/1A49.3mm60°/1.0T

/1.6A44.6mm剛度索桿張力結構體系52.5°/1.0T

/1A60.4mm力學性能60°/1.0T

/1A4