姜正榮 石開榮? 劉紅亮 蔡健 羅斌

(1.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2.華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640； 3.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

大跨度橢圓拋物面弦支穹頂結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域分析*

姜正榮1,2石開榮1,2?劉紅亮1蔡健1,2羅斌3

(1.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2.華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640； 3.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

厚街體育館鋼屋蓋采用大跨度橢圓拋物面弦支穹頂結(jié)構(gòu)，支座間凈跨110 m×80 m，上部單層網(wǎng)殼矢高9.4 m.分別以此結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的單層網(wǎng)殼為分析對象，采用改進(jìn)的隨機(jī)缺陷模態(tài)法，對兩類結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域進(jìn)行對比研究.在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討局部拓?fù)湫问礁淖兗盎钶d半跨分布對弦支穹頂結(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的影響.研究表明：弦支穹頂結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域位于上部單層網(wǎng)殼；弦支穹頂與相應(yīng)單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域有較大差異，下部索桿體系的引入明顯改善了上部單層網(wǎng)殼的缺陷敏感性；局部拓?fù)湫问降母淖?，可有效降低結(jié)構(gòu)的缺陷敏感程度；活載的半跨分布對傳統(tǒng)拓?fù)湫问较抑я讽斀Y(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的影響并不大，但對于該結(jié)構(gòu)上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)域的影響較為顯著.

弦支穹頂；單層網(wǎng)殼；穩(wěn)定性；隨機(jī)缺陷模態(tài)法；缺陷敏感區(qū)域

弦支穹頂[1- 2]是由上部單層網(wǎng)殼和下部索桿體系組合而成的新型雜交空間結(jié)構(gòu)體系，相比于傳統(tǒng)的單層網(wǎng)殼，其矢跨比更小，跨越能力更強(qiáng).目前對弦支穹頂結(jié)構(gòu)缺陷穩(wěn)定性的研究主要側(cè)重于缺陷大小和分布的模擬以及缺陷對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力的影響[3- 6]，對結(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的研究相對較少[7- 9].

結(jié)構(gòu)的初始缺陷包括節(jié)點(diǎn)位置的安裝偏差、桿件的初彎曲、初偏心等.其中，安裝偏差是與結(jié)構(gòu)整體有關(guān)的初始幾何缺陷，而初彎曲、初偏心為桿件自身的缺陷.結(jié)構(gòu)的初始缺陷不可避免，這是因?yàn)椋阂环矫?，由于?jié)點(diǎn)安裝偏差引起的初始幾何缺陷不能完全消除，只能控制在一定范圍內(nèi)；另一方面，由于加工制作的精度所限，桿件的初彎曲、初偏心等無法規(guī)避.但是，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，所有桿件都應(yīng)經(jīng)過設(shè)計(jì)，并驗(yàn)算其承載力和壓桿的穩(wěn)定性，故桿件的初始缺陷對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響應(yīng)受到限制[10].因此，下文分析主要考慮節(jié)點(diǎn)位置的安裝偏差.

缺陷敏感區(qū)域是指結(jié)構(gòu)中對初始幾何缺陷最為敏感的區(qū)域.工程實(shí)踐中，弦支穹頂結(jié)構(gòu)往往呈現(xiàn)出跨度大、節(jié)點(diǎn)數(shù)量多的特點(diǎn)，施工過程中若能根據(jù)結(jié)構(gòu)不同區(qū)域相對缺陷的敏感程度，對其節(jié)點(diǎn)安裝偏差采用不同的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，則可減少現(xiàn)場工作量，提高工程經(jīng)濟(jì)性.

文中以筆者主持設(shè)計(jì)的東莞厚街體育館弦支穹頂屋蓋為研究對象，采用通用有限元程序Ansys對其進(jìn)行缺陷敏感區(qū)域分析，揭示其不同區(qū)域?qū)Τ跏紟缀稳毕莸拿舾谐潭?，并將弦支穹頂與相應(yīng)單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域進(jìn)行對比，探討局部拓?fù)湫问郊盎钶d半跨分布對弦支穹頂結(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的影響.

1 分析模型

厚街體育館鋼屋蓋采用橢圓拋物面稀索體系弦支穹頂結(jié)構(gòu)，平面為橢圓形(127.875 m×93 m)，其中支座間凈跨110 m×80 m(見圖1(a))，支座外圍懸挑部分通過V型斜桿與相應(yīng)標(biāo)高的鋼圈梁側(cè)邊相連.上部單層網(wǎng)殼矢高9.4 m，相對于結(jié)構(gòu)凈跨，長、短軸矢跨比分別為1/11.7及1/8.5(見圖1(b)、1(c)).上部單層網(wǎng)殼采用聯(lián)方型+凱威特型的混合網(wǎng)格布置，其中在屋蓋中心區(qū)域，為兼顧建筑美觀和采光要求，設(shè)計(jì)為綻放的花瓣?duì)罹W(wǎng)格(見圖1(d)).下部索桿體系由4圈環(huán)向索、徑向鋼拉桿及撐桿組成，對應(yīng)于單層網(wǎng)殼的第3、5、7、9圈環(huán)向桿(圖1(a)、1(e)).撐桿上、下端均采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)，其他部分采用圓管相貫節(jié)點(diǎn).屋蓋沿110 m×80 m橢圓線支承在鋼圈梁頂，設(shè)固定鉸支座共24個(gè)，支座采用焊接空心球，球中標(biāo)高22.600 m.

圖1 分析模型(單位：mm)Fig.1 Analytical model(Unit:mm)

構(gòu)件和材料規(guī)格見表1.

表1 構(gòu)件和材料規(guī)格Table 1 Specifications of components and materials

屋面恒載如下：單層網(wǎng)殼中心28 m×20 m橢圓區(qū)域?yàn)?.8 kN/m2，其余區(qū)域?yàn)?.5 kN/m2；根據(jù)馬道布置，部分節(jié)點(diǎn)考慮了馬道及作用在其上的附加吊重傳來的集中荷載；構(gòu)件自重由程序自動(dòng)計(jì)算，并將撐桿的重力密度按比例放大，以考慮其上下端鑄鋼節(jié)點(diǎn)自重.不上人屋面活載為0.3 kN/m2，考慮滿布、半長軸(圖2(a))、半短軸(圖2(b))3種分布情況.由內(nèi)向外各圈環(huán)向索初始預(yù)拉力分別為：404.2、681.1、1 008.4、1 584.4 kN[11].

圖2 活載布置Fig.2 Layouts of live loads

Ansys分析時(shí)，環(huán)向索及徑向鋼拉桿采用只拉LINK10單元模擬，撐桿以LINK8單元模擬，上部單層網(wǎng)殼桿件以BEAM189單元模擬，采用初應(yīng)變模擬環(huán)向索的初始預(yù)拉力.單層網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)剛接，撐桿與單層網(wǎng)殼的連接為鉸接.

2 分析原理及步驟

2.1 非線性屈曲分析

特征值屈曲分析通常會(huì)過高估計(jì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力，其計(jì)算結(jié)果一般不能直接用于工程設(shè)計(jì)，且無法反映結(jié)構(gòu)的荷載-位移全過程工作性能.為了更好地研究結(jié)構(gòu)屈曲前后的性能，需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于大撓度理論的非線性屈曲分析，其控制方程如下：

KTΔU=ΔP-F

(1)

式中，KT為切線剛度矩陣，ΔU為位移增量向量，ΔP為等效外荷載向量，F(xiàn)為等效節(jié)點(diǎn)力向量.

對于式(1)的求解，各種改進(jìn)的弧長控制方法被認(rèn)為是跟蹤屈曲路徑全過程最有效的方法[12].若考慮材料彈塑性的影響，切線剛度矩陣表達(dá)式的變化詳見文獻(xiàn)[13]中的相關(guān)表述.目前，考慮幾何及材料非線性的荷載-位移全過程分析方法已較為成熟，為更加準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀況，有必要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮雙重非線性的全過程分析.因此，下文分析均考慮材料彈塑性的影響，并考慮以下3種組合：1.0恒載+1.0滿布活載(組合1)；1.0恒載+1.0半長軸均布活載(組合2)；1.0恒載+1.0半短軸均布活載(組合3).

2.2 改進(jìn)的隨機(jī)缺陷模態(tài)法

從概率統(tǒng)計(jì)的角度分析，各種因素導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)安裝偏差應(yīng)近似地符合正態(tài)分布.在此假設(shè)各節(jié)點(diǎn)安裝偏差并不相互影響，互相獨(dú)立，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的偏差隨機(jī)變量為RX/2，隨機(jī)變量X服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布.R為最大安裝偏差，文中取結(jié)構(gòu)短軸跨度的1/300.為提高計(jì)算效率，采用改進(jìn)的隨機(jī)缺陷模態(tài)法引入結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷，即通過分布擬合檢驗(yàn)來判斷樣本數(shù)量n的大小[8].

分析方法：生成服從正態(tài)分布的節(jié)點(diǎn)安裝偏差；引入上述偏差后，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性屈曲分析，獲得穩(wěn)定承載力系數(shù)作為樣本；進(jìn)行n次分析，直到樣本能夠通過分布擬合檢驗(yàn).假設(shè)總體X的分布未知,x1,x2,…,xn是來自X的樣本值，然后檢驗(yàn)假設(shè)：①H0:總體X的分布函數(shù)為F(x);②H1:總體X的分布函數(shù)不是F(x).

(2)

2.3 分析步驟

結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域分析采取以下步驟：

(1)對無缺陷理想結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙重非線性屈曲分析，獲得穩(wěn)定承載力系數(shù)K；

(3)令βi=(K-Ki)/K×100%，βi為缺陷敏感系數(shù)，其值越大，則表示該區(qū)域節(jié)點(diǎn)對缺陷越敏感，故βi最大的節(jié)點(diǎn)區(qū)域即為結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域.

3 缺陷敏感區(qū)域分析

3.1 樣本數(shù)量的確定原則

隨機(jī)缺陷模態(tài)法中，樣本數(shù)量越多則樣本分布越接近總體分布，樣本參數(shù)與總體參數(shù)的差距也就越小.因此，首先需確定樣本數(shù)量，在保證足夠精度的條件下盡可能地減少計(jì)算工作量.理論上，樣本數(shù)量n≥50即可，現(xiàn)分別取樣本數(shù)量為50、100、150、200進(jìn)行分析.為此，借鑒文獻(xiàn)[14]的研究思路，首先考慮組合1作用下，僅在結(jié)構(gòu)上部單層網(wǎng)殼中引入初始幾何缺陷進(jìn)行分析，樣本數(shù)量取值的影響見表2.

表2 樣本數(shù)量取值的影響1)Table 2 Influence of sample size

1)顯著性水平α=0.05.

3.2 弦支穹頂結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

圖3 樣本直方圖Fig.3 Sample histogram

表3 缺陷敏感系數(shù)對比1)Table 3 Comparison of imperfection sensitive coefficient

1)組合1作用下無缺陷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力系數(shù)K=4.171.

由表3可見，組合1作用下，分別在上部單層網(wǎng)殼及下部索桿體系中引入初始幾何缺陷，計(jì)算所得βi值差異較大.相比于下部索桿體系，上部單層網(wǎng)殼對初始幾何缺陷更為敏感.在結(jié)構(gòu)全部節(jié)點(diǎn)中引入初始幾何缺陷所得穩(wěn)定承載力系數(shù)為3.412 0，與僅在上部單層網(wǎng)殼中引入初始幾何缺陷所得結(jié)果3.551 9相比，相差3.94%，頗為接近.由此說明，該結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域位于上部單層網(wǎng)殼，而下部索桿體系對缺陷的敏感程度很低.工程實(shí)踐中，對類似結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性屈曲分析時(shí)，為減少計(jì)算工作量，建議僅在上部單層網(wǎng)殼中引入初始幾何缺陷，即可滿足工程精度要求.因此，下文出現(xiàn)“全部節(jié)點(diǎn)”均指上部單層網(wǎng)殼全部節(jié)點(diǎn).組合1作用下，弦支穹頂上部單層網(wǎng)殼缺陷敏感區(qū)域的具體位置和影響程度見表4.

表4 組合1作用下上部單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域

Table 4 Imperfection sensitive region of upper single layer reticulated shell under load combination 1

缺陷位置1)μiσiKiβi/%全部節(jié)點(diǎn)3.98540.14453.551914.84網(wǎng)殼中心區(qū)4.07360.07873.83758.0014.17060.00174.16550.1324.17020.00084.16770.0834.17130.00184.16590.1244.17180.00184.16650.1154.17160.00134.16770.0864.17150.00474.15750.3274.17230.00724.15080.4884.18270.01434.13980.7594.17970.01884.12331.14104.22490.06434.03203.33114.23130.05934.05342.82

1)“缺陷位置”列中，1-11分別指第1-11圈環(huán)桿，詳見圖1(a)，余同.

缺陷敏感系數(shù)βi可直觀地顯示上部單層網(wǎng)殼不同區(qū)域?qū)θ毕莸拿舾谐潭?由表4可知，在單層網(wǎng)殼中心區(qū)引入初始幾何缺陷，βi為8.00%，支座附近區(qū)域(第10～11圈環(huán)桿處)對應(yīng)的βi為3%左右，其他區(qū)域的βi均很小.由此說明，該結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域主要位于上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)，支座附近區(qū)域(第10～11圈環(huán)桿處)對缺陷的敏感程度次之.而當(dāng)分別在第1-8圈環(huán)桿節(jié)點(diǎn)中引入初始幾何缺陷時(shí)，其穩(wěn)定承載力系數(shù)相對于無缺陷結(jié)構(gòu)的降幅均小于1%，可見這些區(qū)域?qū)Τ跏紟缀稳毕莸拿舾谐潭确浅５?鑒于此，工程施工過程中，相關(guān)單位應(yīng)在上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)及支座附近區(qū)域采取更嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，提高制作和安裝精度，盡量減小這些區(qū)域的節(jié)點(diǎn)位置偏差.

3.3 與相應(yīng)單層網(wǎng)殼的對比

為比較弦支穹頂與相應(yīng)單層網(wǎng)殼(僅去除下部索桿體系，其他條件均保持不變)缺陷敏感區(qū)域的異同，在上文分析的基礎(chǔ)上，將弦支穹頂與相應(yīng)單層網(wǎng)殼進(jìn)行對比研究，以此探討下部索桿體系的引入對結(jié)構(gòu)缺陷敏感性的改善程度.組合1作用下相應(yīng)單層網(wǎng)殼缺陷敏感區(qū)域的分析結(jié)果見表5.

表5 組合1作用下相應(yīng)單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域1)

Table 5 Imperfection sensitive region of corresponding single layer reticulated shell under load combination 1

缺陷位置μiσiKiβi/%全部節(jié)點(diǎn)3.2040.2222.53836.71網(wǎng)殼中心區(qū)3.8930.0673.6927.9313.8760.0923.60010.1923.7980.1823.25218.9034.0030.0293.9162.3443.9970.0213.9341.9054.0000.0263.9222.1963.9220.0993.6259.6073.8110.2023.20520.0783.5260.3162.57835.7193.3030.2282.61934.69103.6390.1453.20420.10113.7040.1883.14021.70

1)組合1作用下無缺陷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力系數(shù)K=4.010.

由表5可見，相應(yīng)單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域主要位于第7-11圈環(huán)桿區(qū)域及網(wǎng)殼中心區(qū)至第2圈環(huán)桿區(qū)域.βi越大則缺陷敏感程度越高，對比表5和表4，相應(yīng)單層網(wǎng)殼的第7-11圈環(huán)桿之間區(qū)域的βi值均超過20%，最大達(dá)35.71%，而在弦支穹頂結(jié)構(gòu)的同一區(qū)域，βi最大僅3.33%.

圖4列出了弦支穹頂和相應(yīng)單層網(wǎng)殼不同位置的βi值對比.可以發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)單層網(wǎng)殼對缺陷的敏感程度遠(yuǎn)高于弦支穹頂，尤其是在第7-11圈環(huán)桿之間區(qū)域.由此說明，弦支穹頂與相應(yīng)單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域有較大差異，且其影響范圍和敏感程度均小于相應(yīng)的單層網(wǎng)殼.究其原因，在于下部索桿體系的引入明顯改善了上部單層網(wǎng)殼的缺陷敏感性.

圖4 弦支穹頂和相應(yīng)單層網(wǎng)殼的βi值對比

Fig.4 Comparison ofβibetween suspended dome and corresponding-single layer reticulated shell

3.4 局部拓?fù)湫问礁淖兊挠绊?/p>

由于建筑造型的需要，該結(jié)構(gòu)上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)域采用花瓣?duì)罹W(wǎng)格(見圖1(d))，與傳統(tǒng)的凱威特-聯(lián)方型單層網(wǎng)殼相比，此區(qū)域桿件布置發(fā)生較大變化.為探討局部拓?fù)湫问礁淖儗Y(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的影響，在此對上部單層網(wǎng)殼網(wǎng)格形式為傳統(tǒng)凱威特-聯(lián)方型，而其他條件與圖1保持不變的弦支穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析.為方便對比，將圖1的分析模型稱為弦支穹頂1，上部單層網(wǎng)殼如圖5所示的分析模型稱為弦支穹頂2.

圖5 傳統(tǒng)拓?fù)湫问降纳喜繂螌泳W(wǎng)殼

Fig.5 Upper single-layer reticulated shell with traditional topological form

組合1作用下，弦支穹頂2上部單層網(wǎng)殼缺陷敏感區(qū)域的分析結(jié)果見表6.由表6中可見，弦支穹頂2的缺陷敏感區(qū)域主要位于第9-11圈環(huán)桿之間.此外，βi值的變化有一個(gè)明顯的遞增過程.

表6 弦支穹頂2上部單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域1)

Table 6 Imperfection sensitive region of upper single layer reticulated shell for suspended dome 2

缺陷位置μiσiKiβi/%全部節(jié)點(diǎn)4.09050.07033.87963.82網(wǎng)殼中心區(qū)4.03320.00084.03070.0714.03280.00084.03030.0824.03230.00114.02900.1134.03230.00254.02480.2244.03140.00194.02570.2054.03210.00244.02490.2264.03160.00444.01840.3874.03540.00704.01450.4784.04210.01244.00480.7194.03980.02253.97241.52104.04320.04403.91103.04114.07540.04303.94652.16

1)組合1作用下無缺陷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力系數(shù)K=4.034.

組合1作用下兩個(gè)分析模型的βi值對比見圖6.圖中可見，對于弦支穹頂2，其上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)域并不屬于缺陷敏感區(qū)域.此外，兩個(gè)模型其他區(qū)域的βi值相當(dāng)接近.由此表明，改變結(jié)構(gòu)局部的拓?fù)湫问?，即將該結(jié)構(gòu)上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)域原特殊造型的花瓣?duì)罹W(wǎng)格改為傳統(tǒng)的凱威特型網(wǎng)格布置，可有效降低結(jié)構(gòu)的缺陷敏感程度.

圖6 兩個(gè)模型的βi值對比Fig.6 Comparison of βi between two models

3.5 活載半跨分布的影響

在組合1分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討活載半跨分布對弦支穹頂結(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的影響.圖7、8分別為不同組合作用下弦支穹頂1、2的βi值對比.

由圖7可見，不同組合作用下弦支穹頂1的βi值變化趨勢相近，尤其是在第3-11圈環(huán)桿區(qū)域，其變化曲線幾乎重合.不同的是，組合1作用下，僅網(wǎng)殼中心區(qū)域?qū)儆谌毕菝舾袇^(qū)域，組合3作用下，范圍擴(kuò)大至第1圈環(huán)桿節(jié)點(diǎn)，而組合2作用下，其范圍進(jìn)一步擴(kuò)大至第2圈環(huán)桿節(jié)點(diǎn).

圖7 不同組合作用下弦支穹頂1的βi值對比

Fig.7 Comparison ofβifor suspended dome No.1 under diffe-rent load combinations

圖8 不同組合作用下弦支穹頂2的βi值對比

Fig.8 Comparison ofβifor suspended dome 2 under different load combinations

由圖8可見，不同組合作用下，弦支穹頂2的第9-11圈環(huán)桿之間區(qū)域均為缺陷敏感區(qū)域.此外，組合2作用下，第8圈環(huán)桿節(jié)點(diǎn)對缺陷敏感程度較高；組合3作用下，上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)同樣也屬于缺陷敏感區(qū)域.結(jié)合圖7、8可以發(fā)現(xiàn)，活載的半跨分布對傳統(tǒng)拓?fù)湫问较抑я讽斀Y(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的影響并不大，但對于本工程花瓣?duì)罹W(wǎng)格布置單層網(wǎng)殼中心區(qū)域的影響較為顯著.

4 結(jié)論

文中通過對大跨度橢圓拋物面弦支穹頂結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域分析，得出以下結(jié)論：

(1)文中結(jié)構(gòu)的缺陷敏感區(qū)域位于上部單層網(wǎng)殼，而下部索桿體系對缺陷的敏感程度很低.工程實(shí)踐中，對類似結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性屈曲分析時(shí)，為減少計(jì)算工作量，建議僅在上部單層網(wǎng)殼中引入初始幾何缺陷，即可滿足工程精度要求.

(2)弦支穹頂與相應(yīng)單層網(wǎng)殼的缺陷敏感區(qū)域有較大差異，且其影響范圍和敏感程度均小于相應(yīng)的單層網(wǎng)殼，下部索桿體系的引入明顯改善了上部單層網(wǎng)殼的缺陷敏感性.

(3)改變結(jié)構(gòu)局部的拓?fù)湫问剑磳⒃摻Y(jié)構(gòu)上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)域原特殊造型的花瓣?duì)罹W(wǎng)格改為傳統(tǒng)的凱威特型網(wǎng)格布置，可有效降低結(jié)構(gòu)的缺陷敏感程度.

(4)活載全跨分布下，該結(jié)構(gòu)上部單層網(wǎng)殼中心區(qū)域?qū)θ毕菝舾谐潭茸罡?，而支座附近區(qū)域?qū)θ毕菝舾谐潭却沃?；活載的半跨分布對傳統(tǒng)拓?fù)湫问较抑я讽斀Y(jié)構(gòu)缺陷敏感區(qū)域的影響并不大，但對于本工程花瓣?duì)罹W(wǎng)格布置單層網(wǎng)殼中心區(qū)域的影響較為顯著.

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Analysis of Imperfection Sensitive Region of Long-Span Elliptic Paraboloid Suspended Dome Structure

JIANGZheng-rong1,2SHIKai-rong1,2LIUHong-liang1CAIJian1,2LUOBin3

(1.School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China;2.State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong,China;3.School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu, China)

A long-span elliptic paraboloid suspended dome structure, in which the clear span between supports is 110 m×80 m and the rise of the upper single-layer reticulated shell is 9.4 m, is employed in the steel roof of Houjie Gymnasium. The imperfection sensitive regions of the structure and the corresponding single-layer reticulated shell are comparatively investigated by means of the advanced random imperfection mode method. On this basis, the influences of the local topological form change and the half-span distribution of the live loads on the imperfection sensitive region of the suspended dome are further discussed. The results show that (1) the imperfection sensitive region of the suspended dome is located in the upper single-layer reticulated shell; (2) the imperfection sensitive region of the suspended dome is significantly different from that of the corresponding single-layer reticulated shell, and owing to the introduction of the lower cable-strut system, the imperfection sensitivity of the upper single-layer reticulated shell is remarkably improved; (3) by changing the local topological form, the imperfection sensitivity of the structure can be effectively reduced; and (4) the half-span distribution of the live loads has little influence on the imperfection sensitive region of the suspended dome with a traditional topological form, but has a significant influence on the central region of the upper single-layer reticulated shell of this kind of suspended dome.

suspended dome; single-layer reticulated shell;stability random imperfection mode method; imperfection sensitive region

2016- 02- 26

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAJ03B06)；廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(1563000257) Foundation item: Supported by the National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China during the“12th Five-year Plan”(2012BAJ03B06)

姜正榮(1971-)，男，博士，副教授，主要從事鋼結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)研究.E-mail:zhrjiang@scut.edu.cn

? 通信作者: 石開榮(1978-)，男，博士，副教授，主要從事預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)研究.E-mail:krshi@scut.edu.cn

1000- 565X(2016)12- 0112- 08

TU 393.3

10.3969/j.issn.1000-565X.2016.12.016