全张力支撑单层空间网格结构体系优化、稳定性与施工关键技术研究

基本信息
批准号:51878218
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:曹正罡
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:严佳川,张清文,张瑀,万宗帅,于洋,赵林,王佳龙,汪天旸
关键词:
稳定性施工成形全张力支撑空间结构网格结构
结项摘要

Single-layer grid shell braced with Tensegrity system is a kind of space structure system using Tensegrity system as in-plane stiffener of rigid grid elements. The structure is light and transparent, and easy to standardize the design and assembly the construction. In the field of large space buildings, this kind of structure has a broad prospect, but the related basic theories and design methods are scarce. Regarding with this issue, the project intends to adopt a combination of the theoretical analysis and experimental research. The project would start from the analysis of the feasibility and rationality of the structure. Through the study of the combined form of Tensegrity system and grid structure, a new novel and reasonable structure system would be put forward. Secondly, based on the characteristics of Tensegrity system and spatial grid structure, the optimization of structure shape and topology would be achieved through the numerical modeling method. In order to obtain the minimum strain energy and the minimum pretension deviation, and the optimal design method would be established. Based on above research, considering the most unfavorable coupling mode of many kinds of initial defects such as pretension deviation, the overall stability performance and the failure principle of the structure would be studied and revealed, and then the stability design method based on the overall reliability theory would be put forward. Further study on high-efficiency construction method and control technology considering over-tension of cables would be conducted. The above research aims to lay a good theoretical foundation and application method for the new single-layer grid shell braced with Tensegrity system.

全张力支撑单层空间网格结构是采用全张力系统作为刚性网格单元面内支撑的新型空间结构体系,结构轻盈、通透、易于标准化加工、装配化施工;在大空间建筑领域应用前景广阔,但相关的基础理论与设计方法研究相对匮乏。针对这一问题,本项目拟采用理论分析与实验研究相结合的方法,从结构创构及合理性分析入手,通过全张力系统和网格结构的结合形式研究,提出形式新颖、受力合理的全张力支撑单层空间网格结构体系。其次,综合全张力支撑和空间网格结构特点,以应变能最低和预张力偏差最小为双重优化目标,通过数值化建模方法实现结构形状与拓扑优化,建立适用的优化设计方法。在此基础上,研究预张力偏差等多种初始缺陷的最不利耦合模式,分析结构的整体稳定性能,揭示其失效机理,建立基于整体可靠度理论的稳定性设计方法;进一步研究考虑超量索单元张拉的高效施工成形方法与控制技术。以上研究工作旨在为新型全张力支撑空间网格结构的应用奠定良好的理论基础。

项目摘要

全张力支撑单层空间网格结构是采用索杆系统作为刚性网格单元面内支撑的新型空间结构体系,在大空间建筑领域应用前景广阔。本项目采用理论分析与实验研究相结合的方法,从结构创构与合理性分析入手,通过研究结构体系构成、拉索布置形式以及结构综合性能,提出了全张力支撑单层空间网格结构整体结合的原则和方法。同时,基于多搜索策略的多目标优化混合算法,通过初始形态与索力的联合优化,实现了此类结构体系力学性能、网格质量以及经济性的同步提高,并建立了适用于全张力支撑空间网格结构的多约束多目标优化理论和方法。在此基础上,考虑结构几何偏差、初始预应力偏差等多种初始缺陷的最不利耦合,建立了可考虑多重初始缺陷最不利影响的全张力支撑空间网格结构稳定性分析方法。进一步还研究了考虑超量索单元张拉的高效施工成形方法与控制技术,提出了一套考虑拉索预应力摩擦损失的超量索单元张拉模拟方法。成果获中国钢结构协会科技进步一等奖1项,发表SCI论文10篇,EI论文5篇,出版专著1部,发明专利授权5项,以上研究成果为新型全张力支撑单层空间网格结构的应用奠定良好的理论基础与应用方法。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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