[01113779]预应力索杆结构理论分析和应用技术

大跨度空间结构的技术水平是一个国家建筑业水平的重要衡量标准，也是一个国家综合国力的体现。世界各国对大跨度空间结构技术的发展，特别是对新型大跨度空间结构体系的研究开发和工程应用一直给予高度的重视。以索、杆、膜单元合理组合而成的一类新型预张力结构体系是近年来国际、国内空间结构界研究的重点。该结构受力合理、结构效率高、构造轻盈、造价经济，国外大量的工程实践显示了该类结构强大的生命力和广阔的应用前景。浙江大学从十年前就开始关注预应力索杆结构的发展，并于2003年联合了同济大学、上海市建筑设计研究院和北京市建筑设计研究院等三家在国内空间结构的科研、设计和应用推广方面有相当实力的单位以北京2008年奥运会和上海申办2010世界博览会为契机，共同申请了预应力索杆结构方面的国家自然科学基金项目。依托基金委的资助，同时发挥四单位的科研和设计优势，采用理论研究、模型实验和工程推广相结合的研究方法对该类结构进行全面、系统、深入的研究，主要技术内容如下：（1）机构分析：提出了几何软化、结构松弛、动态设计、广义稳定等概念，围绕机构理论和非线性分析进行了一系列研究，并成功应用到张力结构实际工程的施工监控；（2）结构形体：提出了新型Kiewitt型索穹顶、鸟巢型索穹顶、混合型索穹顶、非单层膜面索穹顶、环形平面葵花型空间索桁张力结构和新型体育场挑蓬结构，大大丰富了现有张力结构形式；（3）预应力分布确定：提出整体可行预应力概念，采用二次奇异值法和简捷计算法求解了单自应力模态和多自应力模态的索杆结构初始预应力分布，并对预应力进行优化设计；（4）结构性能：在研究张力结构可能破坏形式和受力性能的同时对多种初始缺陷敏感性、结构抗连续倒塌能力和结构可靠度进行了分析；（5）施工成形：系统地提出了索穹顶结构多种施工张拉方法，并对各种施工方案的张力结构成形全过程进行了数值模拟；（6）模型试验：设计制作了肋环型、葵花型、Kiewitt型、鸟巢型索穹顶和环形平面肋环型空间索桁张力结构模型，对结构的成形过程、预应力施加以及结构的静动力性能进行了实验研究。上述研究成果共发表论文四十余篇，其中两篇获优秀论文奖。课题组在进行索杆结构理论研究和模型试验的同时，大力推广这类结构在实际工程中的应用。研究成果目前已在十多个已建和在建项目中得到了应用，进一步验证了理论分析的正确性和可靠性，在丰富建筑造型的同时取得了很好的经济效益。通过该项目研究，解决了该类结构计算、分析、设计和建造过程中的关键性技术问题，提高我国大跨度空间结构的理论研究水平和张力空间结构的应用技术水平，为建立我国关于新型预张力空间结构技术标准提供了可靠依据，同时提升我国在该领域的国际竞争力。