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索穹顶结构作为一种新型的柔性空间结构体系,是基于张拉整体思想,由索、杆及膜组成的新型预应力结构。该结构充分利用了钢材的抗拉性能,结构效率高、自重轻、稳定性好,且兼具造型新颖、受力合理、构思巧妙等特点,故一直是工程界研究的热点。各国学者对索穹顶结构进行了大量的研究和探索,关于各影响因素对索穹顶结构性能的研究已经取得了一定的成果,但是我国至今还未见大跨度索穹顶结构实际工程,且对索穹顶结构温度响应的研究基本处于空白。针对我国第一个大跨度索穹顶工程——鄂尔多斯伊旗体育中心工程研发的需要,本文在查阅大量国内外文献的基础上,介绍了索穹顶结构的发展历史、结构特点及其研究现状,并针对目前国内外研究现状的不足结合温度作用的计算方法提出了本文的研究内容。
参考国内外对空间结构温度作用的成果,考虑温度作用,对索穹顶结构进行静力性能分析,探讨在实际工程中,温度作用对索穹顶结构节点位移、应力变化及支座反力的影响程度。
模拟索穹顶结构在不同季节施工张拉,并计算其使用过程中的节点位移、杆件预应力变化、应力改变及支座反力的变化情况,以此判断施工张拉温度对索穹顶结构使用状态的影响,一方面,提出了该结构适宜的张拉温度,另一方面,为施工时是否需要考虑温度作用影响提供工程依据。
针对鄂尔多斯伊旗体育中心索穹顶结构自身的特点,本文考虑几何非线性、材料非线性及初始缺陷,对索穹顶结构进行极限承载力分析,以此确定使用过程中的温度变化对结构的极限承载能力的影响,供工程设计参考。
分析了温度变化下拉索材料、初始预应力水平、跨度等几种参数对索穹顶结构静力性能的影响,综合考虑这些结构参数之间的关系以及对索穹顶结构温度效应的影响程度,得到了一些通用结论以指导工程设计应用。
综上所述,温度作用对索穹顶结构静力性能和施工张拉的影响不可忽略,故在结构设计和施工阶段应充分考虑温度作用对结构的影响,或采取必要措施以抵消或减小温度作用引起的效应。