大跨度混凝土折板式密肋网壳的力学性能及关键技术研究

Large span concrete folded plate multi-ribbed reticulated shell such as folded plate multi-ribbed arch reticulated shell，conical reticulated shell，imitating reticulated spherical shell，imitating hyperboloid flat reticulated shell have been constructed which is based on investigation for regional economic society，architectural features & living customs，climatic conditions，and combine with research status of home and abroad．Rise-span ratio，relative stiffness of plate rib stiffness and form of ridge （valley）line，stiffness of edge member are comprehensively considered that try to applying the large-scale parametric analysis method on the static behaviors and dynamic characteristics for the foregoing 4 species reticulated shell which will be based on FEM basic theory. Geometric nonlinearity and material nonlinearity will be used to analyzing the nonlinear performance of folded plate multi-ribbed reticulated shell which in order to getting its evaluating indicator of ultimate bearing capacity and stability performance. Seismic behavior is analyzed on non-uniform seismic action which is simulated by applying power spectrum and coherency function model. Key technology for engineering application will be researched on working together roof and substructure. Dynamic characteristics and static behavior will be tested for the foregoing 4 species reticulated shell，seismic simulating shaking table test will apply to herringbone arch reticulated shell. Research work is in order to realizing the mechanical property of this kind structures and establishing the design theory. The work accumulation indicates these kind structures have excellent technical and economic index. Research work is beneficial to the regional economic society construction and the development of structural engineering subject.

在对地区经济社会发展、建筑特色及习俗、气候条件等调研后，结合国内外研究现状，应用密肋板空间交汇提出大跨度混凝土折板式密肋拱网壳、锥面网壳、拟球面网壳和拟双曲面扁网壳等其它形式的结构。应用有限元基本理论建模，综合考虑矢跨比、板肋相对刚度、脊（谷）线刚度及其形式、边缘构件刚度等进行大规模参数化分析，重点研究上述4种结构的静力性能及动力特性；基于非线性有限元基本理论进行几何和材料非线性分析，重点研究结构的极限承载力及稳定性能等评价指标；选定功率谱和相干函数模型合成非平稳地震动，进行非一致地震激励下的抗震性能分析；基于屋盖与下部结构共同工作研究其应用关键技术；针对上述4种网壳进行动力特性和静载试验，并进行人字形拱网壳的单向地震模拟振动台试验。研究工作旨在认识结构力学性能及提供设计理论。工作积累表明结构具有良好的技术经济指标，开展研究对地区经济社会建设及推动结构工程学科发展是有益的。

当前空间结构的研究方向主要在钢结构和膜结构等方面。钢材易腐蚀、屋面防水时限短、后期维护费用高；膜的保温隔热、隔音性能和抵抗局部荷载作用的能力差。结合中小型县城和大型社区的人口、经济社会发展现状，基于混凝土良好的耐久性和防火性，采用密肋平板汇交，本项目提出了一类新型混凝土密肋式折板形网壳结构。基于有限元基本理论，应用参数化分析方法开展了人字形网壳、拟扁网壳、幕形网壳、拟球面网壳、棱柱面网壳和锥面网壳的静力性能、动力特性、抗震性能、弹性和几何非线性稳定性能分析；在对结构力学特性认识基础上，进行了结构材料非线性、同时考虑材料与几何非线性的双重非线性分析、以及考虑行波效应影响的地震响应分析，进行了结构模型试验研究，详细揭示了结构的刚度和强度分布特征、以及屋盖与下部结构的共同共同工作机理。表明这类结构可看作是由脊（谷）线、边缘构件和密肋平板构成的双重空间网格结构，密肋平板为子结构并弹性支承于由脊（谷）线和边缘构件组成的母结构上；结构内力分区具有框支密肋平板的特点，承载力由偏心受力状态确定，结构刚度主要由子结构控制，而强度由母结构控制；结构矢跨比不宜低于1/6，密肋梁截面高度可按结构跨度的1/100～1/40确定，边缘构件截面高度可按框架梁确定，屋面板可作为结构的强度和刚度储备；除棱柱面网壳外，其余结构对非线性并不敏感，为容许脚手架下沉等施工缺陷提供了有利条件；项目总结了结构失稳的共性规律并建立了临界荷载的近似计算公式；基于动位移响应提出了结构动力特性的参数识别方法；通过试验研究了解了结构的破坏过程、破坏状态、强度和刚度分布的薄弱环节，检验了结构的承载力安全性能；提出了结构层剪切刚度的加强措施及结构设计关键技术；还按屋盖投影面积累计应用了1.2万余平方米的工程，取得了较好的技术经济指标。成果为采用混凝土修建大跨度工业建筑及中小型场馆、会展等公共建筑提供了技术支撑。