某一张拉整体雕塑的结构性能研究及在工程中的应用
张拉整体结构是一种真正意义上的自平衡结构体系,完美的反映了富勒提出的“受压桅杆处于张力海洋中的孤岛”这种自然界最合理的连续拉、间断压的受力规律。本文结合黑龙江省伊春市一个待建的张拉整体雕塑对结构进行了形态分析,并考虑了恒载、风荷载和覆冰荷载进行了多种荷载工况下的结构静力计算,同时分析了结构的基本动力特性。此张拉整体雕塑由三杆九索四面体张拉整体单元组成,分为四层,总高度为12m,每层高度约为3m.各层设置三根受压圆管以及若干根拉索,顶层和底层拉索平面为三角形,中间各层拉索平面为六边形,整个结构在底部由三个支座铰接固定。张拉整体结构为典型的索杆柔性结构,其形态分析是整个结构分析计算的关键和难点。由于此种结构在无预应力时自身无任何刚度,而且其满足稳定要求的几何形态也无法简单确定,所以不同于膜结构只需要“找形”也不同于弦支穹顶结构只需要“找力”,张拉整体结构既需要“找形”也需要“找力”,其形态分析相对复杂.本文从几何分析方法出发,通过自编程序对张拉整体雕塑的几何形态进行了确定,完成了结构“找形”；采用奇异值分解的方法,确定了结构的自应力模态和独立的机构位移模态,完成了“找力”；依据Calladine和Pellegrino提出的一阶无穷小机构的判别准则,分析了结构的几何稳定性。通过上述工作,确定出此雕塑结构合理的几何外形和预应力水平。同时通过采用通用有限元软件ANSYS,分析了此结构在不同的静力荷载工况下的承载能力、变形以及基本的动力特性,得出结构具有较好的力学性能。张拉整体结构的刚度由受拉和受压单元之间的平衡预应力提供,而预应力的合理分布由结构的几何形态保证,因此确定合理的几何形态是此类结构研究和设计的核心问题。张拉整体结构可以最大程度地利用材料和截面的特性,可以较大程度减小用钢量,有较好的应用前景.
奇异值分解 一阶无穷小机构位移 张拉整体雕塑 结构性
刘传佳 朱忠义 张琳
北京市建筑设计研究院,北京,100045
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福州
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829-836
2012-11-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）