劲性支撑穹顶结构的力学性能和施工方法研究

Rigid bracing dome is a new space tensioning structure, which developed based on the cable dome. The upper part of structure is made by a prestressed cable-net system and its lower part is supported by a rigid rod system. The construction of the new structure is relatively easy avoiding the difficulties of stretching process of tranditional cable dome. The project is carried out based on the team's patent "the rigid bracing dome". The key points of the project are theoretical and experimental analysises of mechanical properties, design methods and construction technologies of the new structure. The important mechanical properties include static and dynamic performances, wind resistances and performances of joint connections. A new design method and new joint structure will be proposed based on the related experimental and theoretical analysises. The streching process of longspan rigid bracing dome is one of the key construction technologies emphasized in the project. The whole process will be studied both by analogue simulations and model tests. The promising results include a complete construction method on ground assembly and one-time overhead stretching forming, a utility software integrated design and construction specifications. Rigid bracing dome is a new, light, rational space stretching structure system with high construction efficiency. The outcomes of this project will contribute to the innovations in space structure systems in China.

劲性支撑穹顶结构是基于索穹顶发展出的一种新型空间张拉结构体系，该结构上层采用预应力空间索网，下层由刚性杆支撑。它可克服索穹顶结构的施工张拉成形不容易控制的问题，使施工过程相对简单。项目基于课题组的发明专利- - "劲性支撑穹顶结构"进行结构的力学性能、设计方法和施工技术的理论分析与试验研究。力学性能围绕劲性支撑穹顶结构的静动力特性、抗风以及节点构造进行相关研究，基于理论分析和试验研究，依托参数分析，提出设计方法与节点构造。施工方法研究，重点针对大跨度劲性支撑穹顶结构施工成形过程中的张拉问题，进行施工过程仿真模拟与模型试验，以期建立一套完整的地面拼装高空提升一次张拉成形的施工方法，开发集成设计施工一体化的应用软件，为工程应用提供技术基础。劲性支撑穹顶结构是一种轻质高效、杆件定位容易、结构合理的新型空间张拉体系，项目成果对于我国空间结构体系创新具有重要意义。

1针对索穹顶结构杆件定位困难、杆件几乎不存在自然刚度等缺点，项目提出了劲性支撑穹顶结构，该结构上层是索网体系，下层为刚性杆支撑，除竖向撑杆外，其它刚性杆均为高强钢拉杆。针对劲性支撑穹顶结构的力学性能和施工方法等展开理论和试验研究，主要涉及结构工作机理、静动力性能、找形方法、施工方法、敏感性、风振响应分析、节点构造等内容。项目主要研究成果如下：（1）揭示了劲性支撑穹顶结构的结构合理性和工作机理。（2）给出了结构的静动力力学性能和参数影响规律，阐释了单索破坏对结构静力性能的影响规律，并对杆件的重要性进行排序。（3）推导了无应力索长的计算公式，并给出了公式适用条件。（4）给出了劲性支撑穹顶结构找形的FEDR算法，并给出了该方法的分析程序。（5）提出了中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法，编制了算法程序，并对其进行了模型试验研究。（6）分析了劲性支撑穹顶结构的敏感性，依据敏感性对杆件进行分类。（7）分析了风荷载下劲性支撑穹顶结构的响应变化规律。（8）提出了劲性支撑穹顶结构的节点构造。（9）给出了劲性支撑穹顶结构的设计施工一体化方法。项目的研究成果必将推进劲性支撑穹顶结构应用于工程实践。