geiger索穹顶结构在温度作用下的响应分析.pdf免费

第十“尘【日m代蚺构l界学术研讨会 Gei ger索穹顶结构在温度作用下 的响应分析 冯姗谢伟伟张永伟刘阳军张爱林 捶叠 丰文以Ge啦r索穹顶缔陶为研究对象-从温度分布的基本概念出发．通过ANSYS有限i软件进行理论分析，研 究T温度政变引起的节点位移大小和预匣力索鹰力变化情况．避行索穹顶结掏在温度作用下的性能分析。研究表 明：温度作用对大跨度预应力钢结椅的T作性能影响不Ⅵ盘视；强度变化将产生一定的节点位移．井导致杆件应 力变化：此外．对十素穹现这样的大空间预应力钢结拇．张拉成型时所选定的张拉控制温度与结构服投捌同的T 作性能密切相关．崮此．在预应力设计阶段和荷载作州阶段均应充分考虑温度作用的影响。 *键词： 索岢顶结构碗应力*度麻力节点位穆温度作用 一、引言 索穹项是由拉索和压杆组成的自应力空问结构体系。由于整个结构除了少数几根轩件受压外．其余杆 件都赴于张力状态．充分发挥了铜索的抗拉强度，是一种结构效率极高的全张力体系。其具有受力台理、 自重轻、跨度太、结构形式美观、新颖等特点。Geiger索穹顶在世界上最早应用于太型实际工程．自从问 世以来一直是大跨轻结构领域研究的热点。图1、图2展示的是己建成的Geiger索穹顶结构，日本天城穹 顶。 大跨度空间结构所受到的温度作用不容忽视。首先．任何一种材料都存在热胀冷缩的物理现象；其次， 当结构温度改变时．其各部分都将由于温度的升高或降低而趋于膨胀或收缩。但由于结构所受的外在约束， 咀及各个部分之间的相互约束．选种膨胀或收缩井不能自由地发生，于是就产生应力，即温度应力。在某 些超静定结构体系中．温度应力可以达到甚至超出话载作用下的应力，带有温度作用的组合有的已经成为 结构设计的控制组合…。此外，温度作用在结构中产生的节点位移非常可观，过大的变形将导致非结构构 件的提前破坏和结构的失教。 闺1 日本天城穹顶 囝2天城穹顶内部结构 北麻I业大学城市q I程安全减炎教芹揶重点宴骑帑、l秤抗震‘o蚰犄诊带北京市孵点实验审项 I_k建筑2010增刊 第十届全国现代结构I程学术研讨台 索穹顶结构是几何柔性体系，结构靠预应力提供刚度，没有预应力就不能称其为结构。预应力是索穹 顶结构几何体系成型，结构整体安拿性的蛀重要因素之一。温度改变作为一种独立的影响预应力的因素是 指材科随温度改变而发生非弹性变形，使结构中的预应力发生改变的现象。这一固素对预应力的影响是双 向的．它既可以使预应力增大叉可吼使预应力减小，温度升高时则颤应力减小，温度降低时则预应力增大 81。在进行结构设计时两个方向的影响都需考虑，既不能由于温度改变使结构的应力过太．也不能使索中 的预应力变得过小。温度因素在预应力设计阶段和荷载作用下的分析阶段都需要考虑‘”。为保证预应力索 在任何环境条件下都不松弛．就必须考虑结构在整个使用期限内可能的温度改变引起的预应力水平的改变。 …于钢结构育接暴露于窜外，受到温度变化的影响非常显著“1，对于索穹顶结构，其脊索直接暴露于 室外，斜索、环索及撑杆也删接受到温度变化的影响，因此整个结构受温度变化影响明显。钢结构构件在 寝删的温度与气温比较接近，在白天除了随气温不断变化外，还受到口光照射的影响，太阳辐射引起构件 温度显著升高，根据己建工程的测试结粜“’．考虑温差±25c时，有30～50MPa的预应力变化．所以温度 改变引起的颈应力值变化不能忽视。同时温度变化将在结构中引起一定的内力和变形，这样引起的结构效 应对结构的稳定性也会产生定影响。 二、模型及计算方法 2m，矢高55m。矢跨比】门3，环向20 如图3、4所示．本文中采用的6eiger索穹顶结构计算模型跨度71 等分．共设2道环索，中心设置拉力环，由内到外三圈撑秆的高度分刺为：53m、58m、68m．掉杆与索的 06E1IN／m’，预应力索的弹性模 连接点为铰接，整个结构阃定铰支于边缘刚性环粱上。铜管的弹性模量E=2 量E=19E11N／m2，钢管、索的线膨胀系数均