《新型大跨度充氣-張弦混合體系結構性能與成形方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由曹正罡擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型大跨度充氣-張弦混合體系結構性能與成形方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹正罡
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大跨度充氣-張弦混合結構綜合了充氣膜結構和預應力張弦結構各自的特點，在大跨度、超大跨空間建築領域套用前景廣闊；由於是一種全新的空間結構體系，目前相關的研究工作尚處於起步階段。針對這一問題，本項目擬採用理論分析與實驗研究相結合的方法，從結構體系的創構與配套細部節點設計入手，通過平面和空間結構體系的選型最佳化，提出受力合理、構造簡單、高效實用的新型充氣－張弦混合結構形式。其次，基於結構工作狀態和施工成形過程中具有的強非線性效應和時變特點，建立適用於此類結構的一整套精細化數值計算方法和施工成形模擬技術。在此基礎上，針對結構的靜力穩定性能和抗震性能開展系統的參數分析，探討各種可能因素對結構基本力學性能的影響規律，進一步揭示結構的失效模式和失效機理，從而為最佳化結構形式和改善受力性能提供有效的理論支撐。以上研究工作的開展，旨在為新型充氣－張弦混合結構的套用奠定良好的理論基礎。
結題摘要
大跨度充氣-張弦混合結構是基於Tensairity概念而提出的一類新型結構體系，其結構外形美觀、受力明確、製作施工簡捷。本項目針對該結構體系，採用解析方法、數值模擬方法和試驗分析等技術手段，主要在體系研發、形態最佳化、靜動力穩定性、抗風性能、施工充氣成形、失效模式、失效機理等幾個方面集中開展了系統的理論和套用研究，在此基礎上提出了充氣式張弦結構設計原則和簡化設計方法。首先提出了大跨度紡錘形充氣式張弦桁架，大跨度雙向格線式、輻射式、多氣囊組合充氣式弦支穹頂結構，通過研究結構體系構成、拉索與氣囊組合構造、內氣壓設定等，總結了結構的合理構造和工作機制，實現了結構體系的研發。針對不同結構形式，基於流體腔分析方法，充分考慮膜材與氣壓間相互作用、氣囊與內壓值相關性以及溫度交換等精細化技術開展結構初始形態最佳化分析，在此基礎上開展了各類體系的穩定性、抗震、抗風等基本性能研究，通過大規模參數和實驗分析，總結了氣囊壓力、初始預應力、垂跨比等對結構承載能力的影響規律以及關鍵控制參數，進一步揭示了充氣-張弦混合結構的失效模式與失效機理，並提出了結構簡化分析模型和解析設計算法。在充氣-張弦混合結構施工成形及方法研究中提出了簡化的逆向摺疊法（SRF法），藉助流體腔泵技術成功地實現了摺疊氣囊的充氣展開仿真，並開展了實驗驗證分析，多類型氣囊充氣展開的實現也表明了該方法的普適性。提出了幾類氣壓精確控制方案，討論了充氣順序、支撐形式等因素對充氣-張弦混合結構施工充氣成形過程的影響，提出了高效、合理的施工順序和方法。研究了充氣-張弦混合結構漏氣孔面積、氣體溫度、氣囊分區等對結構失效的影響，提出了氣囊分區策略，將意外漏氣對結構的影響控制在局部。進一步探討了斷索對結構初始態、荷載態的影響以及敏感性，表明結構具有良好的整體抗倒塌性能。總體上，該項目實現了新型結構體系的研發與系統研究，基本完成預期目標。
