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作为空间结构杂交体系的一种,索撑网壳结构以其结构轻盈,透光度好等优点日益受到人们的关注,逐渐地应用在一些大跨空间结构的采光顶屋盖中。索撑网壳结构通过拉索柔性体系与网壳刚性体系相结合,提高了网壳结构的整体刚度和稳定性,较好地改善了网壳结构的工作性能。
本文以通用有限元分析软件ANSYS为主要工具,分别对柱面斜交与柱面正交两种索撑网壳及广州新火车站的中央采光带索撑网壳结构的结构性能做了初步的探讨,并完成以下的工作:
首先分析了索撑网壳与普通网壳的静力性能差别。发现由于预应力拉索的作用,网壳结构的整体刚度有所提高。然后分析了结构各个参数对静力性能的影响,发现在不同工况下各个参数的影响并不相同:网壳结构的矢跨比、钢构件截而影响较大,拉索截面有一定影响,而拉索初始预应力的大小对静力性能影响较小。
通过对索撑网壳结构的极限承载能力分析,发现若仅考虑几何非线性可能会使计算结果偏于不安全,应该同时考虑几何非线性与材料非线性的影响,并且分析了结构在加载过程中的塑性开展及破坏的过程。通过分析索撑网壳与普通网壳的极限承载能力,得到在一般情况下预应力拉索会使极限承载能力提高的结论。但是对于某些情况下,预应力所产生的结构初始内力或许会使构件提早进入塑性而导致极限承载能力下降,因此需要具体问题具体分析。本文还利用了一致缺陷模态法对结构进行了缺陷稳定性的分析,并讨论了缺陷形式、缺陷大小的变化对结构极限承载能力的影响。与静力分析结果相类似,结构各个参数在不同情况下的影响并不相同,其中仍是以结构的矢跨比、钢构件截面的影响较大。另外,对于柱面正交索撑网壳,无论是静力特性还是极限承载能力,网格问的短索需要结合横隔才能更好地对结构发挥作用。在广州新火车站中央采光带索撑网壳结构中,预应力拉索的作用要比网格间短钢棒的作用显著。