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索穹顶膜结构的整体静力特性研究

范慕辉  焦永树  叶小兵  陈卫黎  
【摘要】:目前,有关索穹项的研究正方兴未艾。在对索穹顶结构的理论研究、数值模拟和模型实验中,为了避免被分析问题的过度复杂性并且能够得到主要结构对各种载荷的反应,通常只分析索穹顶结构的“骨架”部分,而将作用在篷盖上的外载荷直接施加到“骨架”的节点上。实际上,蓬盖是风、雪等载荷的直接受体。当蓬盖由膜材构成时,在风、雪等载荷作用下, 膜体本身将发生比较大的弹性变形,而变形后的膜体对“骨架”节点的作用力不通过计算是很难得到的。本文将“找形”后的膜蓬盖与索穹顶“骨架”结构联成一体,采用非线性有限元方法对该类结构在索、膜预张力和风、雪等外载荷作用下的反应进行了数值模拟。结果表明,(1)在对称载荷作用下,索穹顶膜结构的失效形式表现为强度破坏或压杆失稳;(2)在非对称载荷作用下,索穹顶膜结构的失效形式表现为一侧的拉索松弛;(3)由于膜单元参与整体计算,增加了计算收敛的难度,这时,拉索和压杆中的预应力设计成为保证计算收敛的重要条件。

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