蠕变对弦支胶合木穹顶结构性能的影响研究

在胶合木穹顶结构下适当增加撑杆和拉索，形成弦支穹顶结构体系，这样既增加了结构的刚度，又可跨越更大的空间，还可节省木材用量。由于木材的蠕变特性，在弦支胶合木穹顶结构的施工阶段，预应力施加程序受到蠕变的影响，因蠕变引起的预应力损失大于相应的弦支钢穹顶结构；在弦支胶合木穹顶结构的服役阶段，蠕变导致结构的形状发生改变，而大跨度穹顶结构的工作性能对形状的改变是非常敏感的，蠕变对大跨度结构的影响较其他结构更加显著。对于弦支胶合木穹顶结构而言，蠕变对张拉过程中预应力的损失影响和蠕变对结构长期性能的影响就显得尤其关键。本项目重点针对木材的蠕变特点，立足蠕变对结构性能的影响，拟通过对胶合木的蠕变和典型节点的蠕变进行试验研究，建立相应的蠕变本构模型和蠕变数值计算方法，运用数值模拟方法对弦支胶合木穹顶结构性能进行深入系统的研究。

课题在基金委资助下开展了胶合木穹顶半刚性节点在不同轴压力工况下的受弯承载性能试验，系统研究了蠕变对弦支胶合木穹顶结构受力性能的影响。节点受弯试验表明，节点域破坏模式可分为胶合木构件压区破坏、拉区破坏和界限破坏；节点域胶合木构件拉区破坏的节点受弯承载力随木构件轴压力的增大而增加；节点的初始抗弯刚度随着胶合木构件轴压力的增加而增大；发生节点域胶合木构件压区破坏的节点，其刚度较木构件拉区破坏的节点有较大提高；适度的木构件轴压力有利于提高节点连接的延性。建立了Kelvin链蠕变本构模型和相应的数值计算方法，开发了基于Abaqus的蠕变子程序。对比分析了胶合木和钢索的蠕变对弦支胶合木穹顶结构长期性能的影响和对结构施工过程中结构受力性能的影响。分析表明，与单层网壳结构相比，弦支穹顶结构可推迟结构发生蠕变屈曲的临界时间。结构的变形随蠕变的发展变化较为明显，结构的最大节点竖向位移在第50年可达到初始位移的3.8~4.6倍。网壳肋杆内力有一定程度的减小，环杆内力有一定程度的增大，环所索和斜索的内力降低，支座反力几乎不变。弦支胶合木穹顶结构的施工张拉过程模拟分析表明，由外圈到内圈张拉环索并考虑环索由外到内依次降低超张拉幅值施工方案较为合理。