带滚动式张拉索节点的弦支穹顶结构体系

带滚动式张拉索节点的弦支穹顶

结构体系研究天津大学钢结构研究所Researchesonasuspen-domestructurewithslidingcable-strutjointinstalled导师：陈志华(教授)博士生：严仁章2014年7月20日汇报提纲一、研究背景二、预应力钢结构索力测试方法研究三、带滚动式张拉索节点弦支穹顶及单层网壳试验研究四、滚动式张拉索节点应用于椭球形弦支穹顶的形态分析五、预应力随机误差对弦支穹顶结构的影响分析结构优点结构效能高、施工方便推广应用结构设计理论、施工方法施工方法寻求高效施工方法：张拉环索工程问题摩擦损失，影响结构整体稳定性解决措施滚动式张拉索节点用于弦支穹顶新结构性能研究基于张拉整体思想提出的弦支穹顶结构由上部单层网壳和下部索撑体系组成。相比单层网壳可减小支座反力，提高结构的稳定性；相比索穹顶，上部网壳具有初始刚度，降低了施工难度。弦支穹顶一、研究背景单层网壳索杆体系弦支穹顶工程名称：山东茌平县文体中心体育馆结构形式：弦支穹顶叠合拱结构网壳形式：K6+联方型球面网壳索撑体系：共设置7圈索撑体系结构跨度：直径108m边界约束：两圈共48个径向释放支座体育馆实景图试验模型图工程背景技术路壳线带滚拳动式亭张拉详索节壮点的弦脸支穹盾顶韵结庙构体系研究滚动款式张逢拉索顷节点弦支豪穹教顶虫结距构精迹细声化绕数痕值以模瓜拟试狱验研胞究索背力描测伴试应用既推广结构槽对预清应力献误差坑的敏哥感性所分析基于跌环索第内力脊相等纵的找及形分嫩析带矩摩贵擦滴的串连甩续锤折皱线堆索鹅单塘元减小摩义擦改进途性能椭酸球鱼形弦支窄穹顶汇测报爹提期纲一、紫研究喷背景二验、粗预木应码力磁钢姑结圾构缠索妹力肆测杠试启方秧法鸭研场究三、拢带滚破动式朴张拉物索节翠点弦叮支穹随顶及赠单层恳网壳磁试验应研究四遇、污滚销动拜式侦张释拉插索劫节居点摄应光用普于蠢椭影球斧形束弦泊支俭穹全顶播的治形争态裂分果析五、故预应冬力随缴机误使差对挑弦支何穹顶很结构锁的影椅响分角析二殿、预彩应席力披钢白结监构布索路力舒测擦试县方包法态研亲究索阁力摄测餐试趴方愧法直接饭法间接页法千盏斤近顶背压落力青表农法压力乏传感裕器法量测洪应变章法移除滚锚固而法磁腾通售量漂法振动频率纠法振找动洞波隶法三点辅弯曲释法静力观平衡绩法2眯.钥1基于钢管日环压方怎式初连擦接显拉肺索集的捐索坡力陆测帽试方傲法弦居支斯穹虹顶试但验茫要烘求工锦程实践经验直接润法概念叉明确精愚度崖较巷高优登点钢饼管环压燃连群接符拉渔索的索力阴测试宋方法借鉴压接锚绑具承受拉力3t左祖右构造拾示意牢图试呆件努实烧物图试碧验暖研丹究试件1端拉力(kN)应变(με)计算拉力(kN)1号应变2号应变3号应变4号应变0767702777863723.44151143991256.362081941311758.7将拉夕索腥内黎力圣传贯递规到愈测仗力爆装刻置上测数定索悟力疗的方谎式晃可世行钢管环压时疮仅耀能检传暑递较小廊拉力试验城仪器慎：3请0舱t拉力摄机、楚电阻矛应变变仪试件2测倍得应变欢与拉痛力呈腊线性关系2鄙.蠢2基于夹身片贵锚馒具连舱接茶拉聪索唇的蚀索酱力妙测缎试狱方范法有限饮元模摘拟装欺置的狠两恰锚生环渡之踩间的L2取千为10围0m喊m时能梁满足德精度举要求试桌验逃研坝究试劳件3试件4试工验轻仪宪器：2任0是k衡N万肌能殖试都验材甜性扁试场验牺：E=2伸37铺GP融a锚环之间思净距L2在1钓0驼0讲m红m时，已朝能保尖证这钢在板中桶间坐截强面内返的应掉力信分得布牛均蒙匀；拉力大元于1冰k宴N时，盏相对斜误差较页小嚷，误差忧分析表摧明相对量误差在10牢%以内篇的保练证率猎为95鼻.4凭%；采通用该装扒置测寸定拉傲索内漏力时多，只碗需分避别在则上下2块国钢炎板虚的中间殃位置沿乡丰轴案向布舰置陵应鼓变盼片即可鸭精确替地测裙得拉雅索内肿力。试验清结果汇报毅提纲一、供研究搁背景二、刺预应谨力钢脊结构榴索力监测试灶方法凳研究三、汗带滚弓动式贸张拉营索节柴点弦色支穹质顶及朗单层栗网壳贸试验翠研究四、仿滚动尝式张成拉索荣节点粱应用四于椭辱球形非弦支蚕穹顶行的形既态分姐析五、捐预应棒力随监机误锻差对简弦支故穹顶侨结构许的影梢响分株析试验名称模型尺寸/m完成单位日本模型试验3日本法政大学光丘穹顶实物加载试验35日本法政大学天保中心屋盖1：10缩尺模型试验3天津大学天津自然博物馆实物加载试验18.5天津大学奥运会羽毛球馆1：10缩尺模型试验9.3北京工业大学常州体育馆1：10缩尺模型试验12×8北京建筑工程研究院常州体育馆缩尺模型试验12×8东南大学椭圆平面弦支穹顶结构模型试验6.7×5.1北京建筑工程研究院济南奥体中心8：122缩尺模型试验8浙江大学大连体育馆弦支穹顶结构张拉成形及静载试验研究14.5×11.6哈尔滨工业大学国贷内侧外卧对销单鬼层足网居壳僚和科弦盘支穹雕顶降单买独研坡究弄均神较枪多电，但帅两利者的对奥比分坑析多绪停留便在数耻值分齿析的悦层次，静仅日静本川口卫左采用偶两个金相同份的弦伟支穹播顶膝和挥相鸭应的旅单犯层并球贩面煮网壳进果行了巴对术比住研似究。三系、弦支堂穹顶盲与相失应单杀层网玻壳的患静力强性能亮对比旷试验什研究以山东拜茌平富体育钟馆为背冤景单层减网壳君试验性必能充对迹比弦支絮穹顶彼试验以艰山袋东匙茌执平受体饮育浓馆岗弦蔑支欧穹零顶爆实厌际也工失程俩为甚背出景辩，霜开破展单层帜网壳痰静力亭性能档试验和弦破支射穹贯顶灵的副张王拉方、鲁静宗力愉性恶能疾试幻玉验，对蚂比分作析两芝种结乒构的佳力学弟性能巧。工头程恳背饼景3.挥1毯K6型单纳层网介壳结臂构的拥计算栗理论基于优网壳蔑内的绞薄膜嫁力机色制，怨提出忌一种此杆件毫内力果计算风法：截醋面浑法计酬算煮步喉骤危：确定刚结构准的几何唤参数；在求慨解点灵处环冬向篇剖嘱切而网堆壳；将相垂邻下厕一圈斜杆视为垮上部蔽网壳弹光簧子支齐座并求解族刚度；利糊用桃外监荷握载者与兴结默构屿内躁力职的摩平势衡塞关遮系鸟求酷解顶出犹该凡点尼的限内仔力。竖向宣荷载路作用女下网牢壳内离力流沿树径啦向瓶杆敬的扒力挎流沿环伶向糠杆的内压外攻拉力接流薄谢壳蝴上步任番一确点兵在怜面放内矿的远内非力分解沿蒜径饱向的酿分惹力沿纬向枕的分遮力3仰.贷2督K租6型停单巧层就网兰壳董结捉构径在惕球娱坐钟标激系昨下蓄的前有窝限夕元痕计溪算治方稀法K邪6型因单柳层乡丰球找面疫网谅壳屈的杆疯件坚布墨置布呈娇现扎出洲非龟常宫强滴的由规年律徒性，在球坐宇标系肿中可耍快速宅求解避各个闹节点锡的坐棋标，结勺构的速有限戚元分然析更个适合班在球雀坐标锤系中患进行妥，基罢于此皆推导球故坐日标饼系嘴下的患杆滋单柳元涨刚拥度本矩听阵影。3体.束3仔K秋6型单奥层网客壳结述构静衫力性戚能试汇验研勺究相似比设计参数名几何应力均布荷载杆件截面相似比1：101：12：11：50应变痕测点跑：80个稠（悔考请虑匪结枪构宋对灾称毒性言）位拖移诉测刷点椒：1岁5个应灾变斜测虑点兄布抓置颠图位移朴测点成布置合图脚手梯架布军置应变武、位胡移采挂集系德统全跨返加载半酷跨窃加你载杆件编号XB1-4XB1-5XB3-1XB5-1XB10-1XB12-1XB14-1XB16-1截面法-10.0-3.0-15.5-21.2-20.3-24.6-11.60有限元解-10.2-2.4-17.4-28.3-25.2-25.2-29.6-1.6试验值-22-2.9-33.1-48-51.2-21.6-56-4.8截面造法与有烂限挥元法计算结果较为接春近，但怨均比试豆验值拆偏小；截面荡法与有限站元结番果的相粉近性验衰证了酿单喉层寄网攀壳内的类似瓣薄膜角力的传力机伏制；计散算值与订试验狗值之炒间的差参别倡由唉于杆件汇受腐蚀后述截啄面队有绪所烦减熊小渗所钉致顷。试俩验尖过庆程试撇验符结速果杆件般应力表、节买点位样移试验身值与有弟限鸦元理论容值变闹化楚趋物势眠相旺同；由于锈筒蚀，傻杆吐件负应激力喊、类节加点扰位忆移精的试岗验容值均大于险理论凡值；半跨荷载堡作用诱下结想构的最大勇应力姜大于叼全跨荷竹载妹作悲用们下印。全衬跨部结证果半跨择结果斜贞向吗杆籍件终应蜡力汁分倾布递图环圈向秋杆垒件匪应最力责分治布帐图挠度营分布伏图斜贡向雁杆衣件门应乌力斧分贯布扫图环向昨杆件慰应力饼分布权图试涂验物结楚果试局验逃结换论3堂.颤4弦支穹太顶预献应力喊优化切分析预应搅力设拳计原胆则拉折索顺在后任坦意伏工阻况末下害不毯松宇弛目；上部谷结构敞受力仍最优安；支抄座表水睬平幼推邪力反最显小帜。优化蜻结果建恳立结构那的优廊化数惑学模脑型联饼合运用迷两种妻优化方耍法会得进出比较幅理想臭的解；先采奶用预零阶法工或随圾机搜评索在左全掩局参范抚围畜内蹦找邪到光一虫个态粗俱糙福的评合棚理解；在前葱面爷分旋析顿基填础孕上术使旁用何一推阶单优怠化没方转法标局崖部津精杆确但寻晶优疼。计算方法零阶零阶+一阶随机随机+一阶荷载工况重力+满跨集中荷载（100kg/节点）F7（N）5322131397300F6（N）108749941291773F5（N）105995966721604F4（N）2946172370791998F3（N）101092396127632473F2（N）54823435104435041F1（N）1975014230883211511Uz,max（mm）3.862.023.321.52σmax（MPa）80.843.693.544.83随.乓5弦支穹卡顶结刚构张寨拉试搏验研旬究节具点数位伪移崇采省集跃系杂统五采岛用合先间进掀的激董光忽跟删踪铲仪组成：贴激朵光吼跟础踪雨头胞（饰跟军踪羽仪笨）捉、快控缸制唉器、计台算机、抵反某射摄器振（波靶站镜）洞等集组戏成特脚点：在高壮精锄度胀（年精纵度桐达0.斩01举mm）、皱高效绝率、院实时讯跟踪炊、安劫装快据捷等原臂理：角韵度测巨量部挺分（育类似安于经背纬仪归）、劣距离蝴测量降部分掩、激禽光跟糕踪控劳制部栗分试除验被测顾量索力雀测量应洞变命、罪位龟移彻测维量临的脏测专点闯布础置倾与五采娘集钉方允式浪与任单桥层贼网齐壳汤试蛇验放相症同试铃验纳测拆量斜屯拉烂索呀测休点环豪索封测洪点拨、秃张今拉魔点环柴索著内义力虎测堵量辰实尾景厅图张日拉时族由盖外腐向内分2级张禁拉；张鞠拉洽点裂布管置轮，绢张复拉动力陕控知制常值槽；张宏拉井时凯保蹈证箩拧洽螺污栓工的速那度基本一致，科保左持黄在5圈/剥3梢0乐s。张拉力控制值级数第1圈第2圈第3圈第4圈第5圈第6圈第7圈第1级(N)495022201270945495370100第2级(N)1150050402470200016001770300张贪拉闲试修验最外摄圈环惊索掠对察结速构等的匪影姜响最显威著；最外瞧圈环奏索的张拉挡，使内婆圈索花力增大尊，且增廊大幅度由外榜向内查逐渐冤减小；后艇一骆圈盒环绩索密的张些拉荡使外侧担已张蜜拉环集索的概内力嫁变大，且闯相邻辽圈影眯响最解大；斜拉杆忘与相散应位盏置谅环过索碗内恭力变砖化岁相耍对杂应，但斜拉崭杆灰中份的瞎内震力拘分窄布省不申均肤；张拉过程阶网壳睛杆件应绪力脏均窜较痛小，起拱毅最大区班域位于丘第1圈环拒索上方停区域。上泉部劫网答壳杆讲件颈应擦力餐变佛化曲线词图斜买拉软杆内骑力坛变庙化曲击线竖粱向位移伞变化曲线试验茄结果试验劲结论3串.屠6弦支穹塌顶结份构静留力性佳能试窝验研羊究加载凶点：均厦匀选取启上部虽网壳8半0个(全跨)/40个(半伙跨)加罩载奸点加筑载沙方贡式少：难吊蝴载加载利等级敞：5级榜加耗载，0.圆2k必N/点；3级姐卸遣载，前2级每扰级卸0霜.吓4歇k固N宵/点，之第3级0踩.俘2处k本N穷/点张拉级试验沫结束晌后在涉滚动五式张晋拉索减节点猴的两俭侧装砌置索聪扣防苍止绣索矩滑享移全跨液加载例试验半欺跨锯加籍载爽试咳验拉荡索湿与都滚端动感式冈张耳拉单索徒节怨点版间择的樱固爹定全跨与货半跨狮试宽验百各歪项力学驾响应凤与理胁论分蛇析红的变础化耐规截律相毫似；结构在全/半跨荷醋载禽下折应晃力机与放变扶形均炉很鸭小妹，葛说斑明结赖构债有足旧够补强陈度与刚缸度。全吩跨悬结虚果半跨演结果斜向饺杆匹件应应遗力芹分羞布细图环向些杆群件顿应古力代分五布宅图挠度分雀布粮图斜向垮杆饭件钩应需力拥分侍布哨图环向杆龙件应慕力分筐布图挠度分花布榴图试验锡结果试验爷结论3.乒7弦支穹息顶与搬单层协网壳键静力懒性能扇对比余分析在全跨兆荷载螺作用下，炊单层牧网壳吗和弦慨支穹葱顶的斜取向孟杆收件均瓣以绝受搂压之为晴主单，欢且内力分溜布压规寨律紧相打似；环向法杆件内力的变舞化抹规筋律供也悄相许似，蛙均喂表倒现侄为黎内控圈岁受困压牲，忽靠摘近乒外垃圈题受号拉纸，锻但弦支脆穹顶由于下部拆张拉养体系的引咏入，减小究了上灶部芬网恭壳出中铲的娘杆嫌件应力。在半嫩跨吗荷胃载棒作吧用下，两啊种尸结衬构的斜向杆当件的这最馅大肤应罢力镜均肃靠月近跨中腊位置，但您弦支砖穹顶徒的最晃大应径力相滚比单往层网奖壳减第小了5尘2避.正9盾%；但是弦者支迟穹母顶由哪于下水部妨张蒙拉敏体喜系扩的睡张烟拉厅在惧外见圈荡环嚷向滋杆划件啄中渠预纤先持产摘生牌了描较醋大熔的预则压粗应昆力，挪从兽而络使抬得夺外挠圈良环光向陪杆挑件吹在朴荷殊载笨作扮用骑下实际众受力摔情况塞为受倚压（单搏层网喜壳受捎拉）测。两种分结构全跨荷载规下的挠今度均大右于含半斤跨下的，但弦可支栗穹昼顶的最私大竖博向位腿移相捆比单岛层网睛壳减魔小了51驾.5喂%。弦支穹顶和单层网壳模型试验的加垒载制驼度丘、弯加牙载氏方徒式绪和恒测室点布祸置岩相丸同鸡，且两啊种结构中的单颠层网邮壳为理同一敌模型混，因救此具究有较粮强的隐对比性：汇报态提纲一汇、黎研路究毕背金景二宿、跨预服应日力签钢冲结某构闻索举力偏测腔试上方咐法闯研瞧究三、躺带滚裹动式去张拉云索节叠点弦渔支穹圈顶及籍单层常网壳关试验慰研究四、计滚动冈式张诵拉索舟节点列应用萄于椭苹球形倦弦支秧穹顶歌的形贱态分薪析五窗、暮预然应异力够随呀机稿误左差悉对宜弦炭支歌穹炸顶此结的构畅的屯影赌响悟分拥析肋烛环佩型联方医型凯威成特型研究省路线索撑通体系超静耳定次亭数大今于环驱索单煌元数勤？是可鼓保缩慧证同只圈检环侵索莫内上力眯相伪等滚动尺式张演拉索维节点否找鹿形（改译变几油何形管状）初磁始誉平奇衡贼态丝式分吸析（平旅衡矩毫阵理图论）判断联方&凯威怖特肋环湖型四、扶滚动策式张爪拉索柜节点璃应用音于椭论球形假弦支鼓穹顶凉的形鞠态分宋析椭冤球情形胳索塑撑谁体少系也布至置黄方承案肋环情型联隶方铸型t={31堤.4按3F1+2原.3锯2,角-斗43猴.3些3F1-屋2且.五6院6庙,立-且2左1眼.促4京9F2-2君.6穗4,亦3也1.平08F2+语4磁.贝5症8即,龄-知2弯1偶.撤4筑9F2-2宰.6匠4,炭-社43稠.3蛇3F3-2堤.6冒6,催3种1.扎43F3+2央.3鹊2,F1,F2,F3,耳1,尊1}T索撑某体系超者静定次数舱不小举于环荣索单迁元数时农能满足猾各段挺环索绣索力浇相等肋钻环罗型索撑体系夺超静屈定次物数1，捏仅存泪在一种睛预应酒力模升态，同堡圈环索栗力的蓝比骆值稻由看其沃自锻应夺力则模锐态变决价定歇，律不孙可袍能绘相广等；联方弊型索撑体摧系的超静超定次组数与环解索骂单誉元梳数垂相泛等，奏最鹿终可行预单应耐力由害其关预戏应却力国模腾态越矢谢量煤线醋性窜组哈合，求通命过合理鹊的组靠合保头证伐各段索糕力相监等；凯威绣特型夜索蹄撑哑体葛系午的互超屋静眯定域次垂数嫁大倡于怠环诊索买单桐元生数钢，棚与贸联柳方诱型联类闪似屠，缝可驱通耻过愈合趁理透的鸦组配合哈保臭证孕各错段连环高索泄索册力机相红等亩。凯快威叛特忙型初始岁平衡阻态分峰析力密聋度法基本款方程约氧束绸条斯件肚方秃程扩展巷力密偏度迭脏代飘求桐解其中挣：+找形璃分析扩展边力密射度法在线性熔力密赞度法届的基姐础上柳引入否限制坏条件敬，由豆于限助制条望件的所引入坐，原她来线弟性的跃问题盟变成惜了非线右性问孤题。找逃形取目兰标喊：环女索符内排力相等，垂均等于预应叫力设滚计值；各撑杆下节扛点位滨于同一设好定标养高上。找祖形栋过添程亚：给出一酸组力你密度伟初始玩值q0；求解租各杆米件痒的求内裁力幼和支座辣反力并与限烦制歉条捐件撒进混行朋对可比残后微，耳对q进行调整；重新义计算赢至满狠足豆限性制卷条朋件。所有邻变量说均为q的函锁数找形前后坐标差节点编号123456789101112坐标差(mm)Δx0347422415.24223470-347-422-415.2-422-347Δy473317.5560-56-317.5-473-317.5-56056317.5Δz000000000000Δx=x改进-x传统；Δy=y改进-y传统；Δz=z改进-z传统经过阀少量抛的迭览代次像数即张达到铜精度折要求壶；找瞒形考得腾到环的叶撑扇杆黎下怠节屑点墙与精原低型递同场一畏标澡高辜，玩不胞影遵响目建杂筑任要够求窄。找罢形漆前找葬形锣后找形将结果编号123456789101112改进型索力/N495050105080508050104950495050105080508050104950误差-1.0%0.2%1.6%1.6%0.2%-1.0%-1.0%0.2%1.6%1.6%0.2%-1.0%传统型索力/N550049204280428049205500550049204280428049205500误差10.0%-1.6%-14.4%-14.4%-1.6%10.0%10.0%-1.6%-14.4%-14.4%-1.6%10.0%改乐进绝型椭乳球壁弦底支件穹薪顶在荷旨载（2例k蒸N插/恩m2+自申重）班作豆用下，哥结潜构兔的整体变形将致各段菠环索内愧力不瓜等，检但最候大瓣误苏差振仅镰为1.哑6%，小据于传统日型的1缘瑞4略.这4数%；通锯过考察胡索力山分布医规律刻，建堂议张拉悉时棍宜蜡在怠长熊轴方向恐的下书方设双置张敞拉点，葵利宋用上索迈撑诵节轿点水处谁的摩类擦当损牵失啄来株实斜现短军轴殊下隔方的索们段内牛力偏结小的炼规律。传享统检型Wma愿x=友1芬.盘1冻m姜m；σma仆x=罩2浩1胖.汁4僵N长/哨m脚m2改进莫型Wm途a友x=酷1怨.咬1新m王m；σma坦x=2们1.堆4N盆/m巷m2a=5虚mb=3择.7切5mf=核1深.闸5炎mΦ8搭9×善4.抹5Φ6蝴0×绿4.捉5Φ睬5以0仁,蕉Φ葬3扔0结构膝整体性能分析汇巧报徐提姻纲一、约研究爱背景二、同预应叛力钢恼结构庸索力届测试景方法骡研究三、痒带滚姓动式坑张拉椒索节才点弦筝支穹穿顶及似单层据网壳叠试验叨研究四、许滚动些式张孙拉索黑节点纳应用红于椭弓球形谱弦支闯穹顶照的形镰态分椒析五且、廉预豪应违力绪随叹机遗误痛差粥对忘弦缝支虾穹妥顶蒙结芹构痒的江影障响铲分跌析由于桨张拉桂设备到和索乖力测律量系毒统的刺局限帝性，预戴应态力子误丹差恢不误可怎避惰免盯地瞒存啦在，挽弦决支瞧穹轿顶慨结搭构烤的烟整连体林性抽能膝将躲受缓到排影具响模，敲基振于肉概杂率叶统惹计掠