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弦支穹顶结构常用于大型公共建筑中，结构在施工与运营阶段的安全性是社会各界关注的重点。该结构的上部网壳多采用单层曲面网壳，而单层曲面网壳的面外刚度弱且对初始缺陷较为敏感；下部索杆体系在预应力施工过程中又不可避免地会产生预应力损失，致使结构的实际状态偏离其设计状态，留下一定的安全隐患。因此，为了保证弦支穹顶结构的长期安全性，有必要对其两部分子结构体系进行详细分析，厘清影响结构整体性能的关键因素以及具体影响规律。近年来，国内外学者对弦支穹顶结构开展了大量的理论分析、试验研究及工程应用，但细究起来，仍存在一些需要完善的地方，笔者结合自己的研究经历，认为弦支穹顶结构在推广应用过程中还需解决以下问题：
弦支穹顶上部网壳常采用焊接空心球节点，由于节点处汇交杆件较多，布置了大量的球-管连接焊缝，焊接过程中产生的焊接应力和变形等焊接力学缺陷会降低节点与结构的刚度和稳定性，进而会对缺陷敏感的单层网壳造成不容忽视的安全影响。
目前，针对焊接球空心节点的研究主要集中在节点的半刚性和极限承载力两个方面。在半刚性研究方面，大多数是通过建立单个焊接球空心节点的有限元实体模型来分析，而有限元模型的材料属性却仍按理想钢材来定义，忽略了球-管焊缝产生的焊接残余应力的影响，导致理论分析得到的节点刚度与实际情况有所出入。在节点极限承载力方面，目前研究者通过数值模拟和试验研究相结合的方式确定了焊接球节点的承载力计算公式。从破坏形式来看，焊接空心球节点的受压破坏是薄壳稳定性问题，受拉破坏是强度问题，而焊接残余应力会减小焊件刚度、降低稳定性，焊缝受拉强度对焊缝中的裂纹、气孔等缺陷甚为敏感。因此，球-管焊缝对焊接空心球节点的受压和受拉承载力均会产生影响，尤其是实际工程在施工过程中经常会出现杆件下料尺寸不足，通过增大焊缝尺寸弥补时，其影响将更为突出，但目前的研究尚未考虑这部分因素。
因此，球-管连接焊缝对焊接空心球节点的影响将主要体现在节点刚度和节点材料损伤两个方面。为准确评估弦支穹顶结构的安全性，需在结构整体分析中引入这两个方面的影响。在刚度方面，目前已认识到节点半刚性对结构有不容忽视的影响，但节点刚度取值未考虑焊接残余应力的影响；此外，在分析过程中通常只考虑节点弯曲刚度的影响，而节点轴向刚度与弯曲刚度的耦合及其对结构性能的影响也尚待完善。
随着弦支穹顶结构的不断推广应用及结构跨度的不断突破，张拉环索方式将应用到越来越多的弦支穹顶结构中，施工过程中面临的连续环索与撑杆下节点间的摩擦滑移及其对结构性能的不利影响等问题将日益突出。因此，如何根据拉索本身及其与节点间的接触状态特征确定摩擦系数的取值，如何将摩擦滑移效应从单元层面上引入到结构整体的数值模拟中，进而精细化分析连续拉索的摩擦滑移对结构性能的影响都是当下需要解决的问题。
（1）基于拉索构造特征的拉索-撑杆下节点副摩擦系数准确取值问题
目前研究者计算弦支穹顶结构中的滑移摩擦时，选取的摩擦系数多根据工程经验，借鉴钢-钢接触副、钢-聚四氟乙烯接触副等的摩擦系数，但拉索与撑杆下节点间的接触状态远比传统意义上固体表面间的接触摩擦复杂。其原因在于：一方面拉索内力较大，拉索与节点间接触面通常处于弹塑性工作状态；另一方面拉索本身的构造特殊，通常是由多组基体通过绞捻后制成的，拉索横向刚度小，在局部挤压力作用下横向变形大的同时内部绞捻特性也发生变化，进而拉索与节点间的接触状态发生变化，影响摩擦系数的取值。此外，拉索与节点间摩擦系数有随张拉力的增大而增大的趋势；摩擦系数的实测数据也呈现出一定的离散性。现代摩擦学研究也表明摩擦系数是与多参数相关的复杂参数，其准确取值是一个复杂的问题，但它却是结构整体性能分析评估的基础条件，这就需要从摩擦学的本质出发，通过试验研究与理论分析建立摩擦系数的取值方法，为准确考查弦支穹顶的结构性能提供应用基础。
（2）环索张拉过程中摩擦损失的高效模拟问题
施工阶段的拉索摩擦滑移虽是一个动态过程，但人们关注的重点是环索张拉结束、结构成型后，已在结构内保持静止的预应力摩擦损失对结构影响的稳定状态。目前，研究者更多是在传统有限元基础上利用拉索内力与摩擦力之间的平衡关系，采用冷冻升温、变索原长、增加变刚度弹簧单元等方法来模拟预应力摩擦损失，而这些方法都是间接的近似等效方法，计算过程中需大量反复的迭代运算。已出现的连续折线索单元虽然能模拟弦支穹顶结构中的连续拉索，但是却忽略了关键的摩擦因素，从而降低了单元的实用性。因此，为了准确考查张拉过程中预应力摩擦损失对结构整体性能的影响，有必要提出一种静力学摩擦单元，从而建立起能够考虑摩擦滑移的连续折线索精细化数值模拟方法。
（3）摩擦滑移对弦支穹顶结构力学性能的影响规律
拉索与撑杆下节点间的摩擦滑移会使弦支穹顶结构在预应力施工阶段产生预应力摩擦损失，这会改变结构内的初始内力分布特征，影响结构的失效模式，但目前研究者对其具体影响规律的结论不一，如有学者分析 2008 年奥运会羽毛球馆时发现摩擦损失会使结构的极限承载力下降，也有学者在分析葵花形弦支穹顶时得出预应力损失，反而增强了结构的整体稳定性的结论。因此，针对施工阶段的拉索摩擦滑移问题展开研究，分析结构在经历预应力摩擦损失后的失效模式，是弦支穹顶结构理论体系中需要补充完善的。
弦支穹顶结构作为大跨度预应力钢结构的一种主要形式，因结构效能高、施工方便而广泛应用于会展设施、机场航站楼、体育场馆、火车站房等重要的大型公共建筑中，其结构的安全性保障至关重要。然而，弦支穹顶结构作为一种新型复合预应力钢结构，上部网壳对缺陷甚为敏感，下部索撑体系预应力设计复杂，均会对结构安全性带来不容忽视的影响。本书立足于精准把控弦支穹顶结构的实际力学性能，从上部网壳焊接空心球节点的球-管焊接力学缺陷，下部索杆体系的预应力设计与摩擦损失机理，以及上下子结构体系的相互作用等方面对弦支穹顶结构进行了系统性精细化分析，以获取结构的实际承载性能，准确评估结构安全性，为结构的高标准建设提供理论基础。
本书第2 和第3章主要围绕弦支穹顶上部节点的球-管连接焊缝焊接残余应力展开，研究了节点焊缝及热影响区域的焊接力学性能演变规律，明确了焊接过程中材料弹塑性发展区域，进而揭示了空心球节点焊接残余应力的分布模式及其对节点刚度与极限承载力的影响机制，并将这种影响引入弦支穹顶上部结构的力学性能分析中，得到了焊接残余应力对单层网壳结构整体性能的影响。
本书第4—7章主要围绕弦支穹顶结构下部索杆体系的预应力分析技术展开。
首先，考虑预应力在弦支穹顶结构中的重要地位，以及传统预应力设计方法计算复杂不易被一般工程人员掌握，第4章基于影响矩阵理论提出了一种简单快速、不需要反复迭代、可实现多目标同步优化且适用于非线性弦支穹顶结构的预应力优化计算方法，分别以位移最小、杆件总体弯矩最小、杆件总体轴向受力最小以及各优化目标相互组合为优化目标，推导了相应的优化方程，并结合具体工程的实际预应力设计值，从结构整体变形、杆件应力分布等方面开展了预应力优化比选工作，验证了影响矩阵理论在非线性弦支穹顶结构预应力优化中的可行性。然后，考虑弦支穹顶实际工程在环索张拉过程中两端索力不等且存在摩擦损失的现象，提出一种能同时考虑两端张拉控制力不等与各索撑节点处摩擦损失随机变化的预应力找力方法，并通过张拉试验验证了该方法的可靠性。
针对工程界对索撑节点与拉索间摩擦滑移系数难以准确取值的问题，本书第5章首先通过试验与数值模拟相结合的方法对摩擦滑移系数的影响因素与取值方法进行了研究，建立了考虑拉索绞捻特性、内部钢丝与钢丝之间以及外部钢丝与节点之间非线性接触滑移的精细化数值模型，分析了拉索张拉过程中接触应力的变化过程与材料的弹塑性发展机制，厘清了索撑节点处的宏观变形特征及其内部的接触状态变化过程，进一步揭示了摩擦滑移系数随张拉过程的变化规律。然后，针对索撑节点与拉索间的这种摩擦滑移现象，从结构整体高效分析的角度，根据有限元分析的具体格式推导提出了一种适用弦支穹顶结构的三维等效摩擦单元，以精细化分析预应力摩擦损失对结构整体性能的影响。
考虑弦支穹顶施工过程中各种缺陷均具有随机变化的特征，本书第6章基于概率统计原理重点分析了结构施工过程中的各种随机缺陷对弦支穹顶结构整体性能的影响。该章首先通过广泛调研、统计已建工程和试验的撑杆下节点种类及摩擦系数，基于数理统计分析了新型滚动式张拉索节点的摩擦系数数理特征，建立了索撑节点与拉索间摩擦滑移系数的随机数学模型，分析了弦支穹顶结构变形、关键杆件应力等力学性能对各索撑节点处摩擦滑移系数的敏感性，并计算统计出各力学性能随索撑节点处摩擦滑移系数随机变化的概率分布特征。然后考虑上部网壳的缺陷敏感性，综合分析了上部网壳节点安装偏差、杆件初偏心等随机缺陷与下部索杆体系预应力摩擦损失随机变化耦合作用下对弦支穹顶结构整体极限承载力的影响规律。
针对拉索在弦支穹顶结构中的核心地位以及拉索腐蚀损伤相较于普通钢构件的复杂性，本书第7章围绕弦支穹顶结构拉索在服役期间的腐蚀劣化问题，通过试验与数值模拟相结合的方式，研究了腐蚀影响因素对拉索腐蚀形态及力学性能的影响规律，并通过剖析腐蚀率与拉索力学性能参数间的数理关系，建立了拉索考虑腐蚀影响的本构模型，并进一步分析了拉索腐蚀对弦支穹顶结构内力、变形及稳定性等力学性能的影响。
弦支穹顶结构由上部网壳和下部索撑体系两个子结构体系组成，上部网壳是主要的承重结构，下部索撑体系优化上部网壳的内部力流，提高结构的整体效能，两者都对结构整体起着关键作用，但明确各部分的贡献度也是准确评估弦支穹顶结构安全性的前提条件。鉴于此，本书第8章分别以单层网壳极限承载力和弦支穹顶极限承载力的影响程度构建了权重矩阵，明确了结构构件在单层网壳和弦支穹顶中的权重，并采用层次分析法，推算出上部单层网壳和下部索杆体系在弦支穹顶结构中的权重。