大跨度交叉索桁架-膜结构屋盖力学性能与应用关键技术研究

The Crossed Cable-Truss Structure (CCTS), which is a new type of pre-stressed spatial structure, has been proposed by our research team based on the Annular Tensile Cable-Truss Structures (ATCTS). Based on the current achievements from the research on the CCTS, mechnical performance and construction method of the CCTS considering the roof covering will be studied in this project. On the aspect of the mechnical performance, the roof covering effects on the static behavior, the ability to resist disproportionate collapse, bearing capacity of wind effect, and details of the connections will be emphasized. The features under loads and mechanical behavior will be investigated by means of theoretical analysis and experimental study to provied useful guidance for structrual design. On the aspect of construction method, how to locate the structural members, how to lift and tension the structure integrated with the membrane, and the details of the relevant connections will be studied by means of the numerical simulation and experimental study. A practical and complete construction method of the CCTS are expected based on the numerical simulation and experimental study. In the end, a integrated software, which can be used for designing and construction simulation, will be developed. Not only can the achievements from this project significantly improve the ability to resist disproportionate collapse of the current ATCTS, but the achievements can also contribute to the practical application of the CCTS and improve the techincal level of the spatial structures in our country.

交叉索桁架结构是课题组基于环形张力索桁结构提出的一种新型的预应力结构。项目基于课题组在交叉索桁架结构理论研究方面的成果，研究交叉索桁架结构表面覆膜屋盖的力学性能和工程应用关键技术。力学性能研究方面，项目针对考虑屋面覆膜效应下的结构静力特性、抗非比例倒塌性能、风荷载效应及节点构造等问题进行研究，通过理论分析和模型试验确定结构的受力特征和力学性能，为结构设计提供实用的分析方法。工程应用关键技术研究方面，重点针对大跨度环形交叉索桁架结构施工成形过程中的杆件定位、张拉和膜屋面张拉成形与节点构造等问题，进行施工过程仿真模拟分析与模型试验，以期建立整体张拉成形的施工方法。最后，基于理论分析、模型试验和参数分析的研究成果，开发出设计、施工一体化的集成应用软件。项目研究成果可有效改善现有索桁架结构体系的抗连续倒塌能力，对于推动交叉索桁架结构的工程应用具有十分重要的意义，有利于提升我国空间结构的技术。

张拉结构是空间结构中最具有竞争力的结构形式之一，该类结构具有自重轻、刚度大、造型美观、跨越能力强、施工速度快等优点。其中轮辐式索桁结构是张拉结构中的一种重要结构形式，但经研究发现轮辐式索桁结构的抗倒塌能力较弱。基于此，课题组提出了“无内环空间索桁结构”，显著改善了轮辐式索桁结构的抗倒塌能力。通过理论分析、数值模拟及试验研究对无内环空间索桁结构的找形、优化及施工控制等方面进行了研究。课题组提出了两种求解索桁张拉结构形状判断及自应力模态方法，有效解决了索桁张拉结构找形问题；针对结构体系冗余度大的问题，提出了结构体系简化及再优化方法；为解决结构施工成形难度大的问题，提出了无支架分段拼装施工成形方法；为使成形后的形状得到控制，研究各类结构参数对结构的影响，并提出了一些施工控制方法；基于CFD技术模拟了动力风荷载对结构的作用；最后进行了模型试验研究。研究思路和方法有效解决了无内环空间索桁结构的找形、优化及施工控制等相关问题，并丰富了空间结构的结构体系，提高了张拉结构在国际上的竞争力，研究结果推动了无内环空间索桁结构的在工程中的应用。