有限元分析做奥运场馆建筑的“安全卫士”
时间：2008-11-22 06:51:20 来源：互联网 查看：
“水立方”、“鸟巢”、奥运乒乓球馆作为三个奥运会新建场馆，以其独特的建筑造型受到世人瞩目。这三个大跨度空间钢结构采用了从未或者极少应用过的结构形式，在令人赏心悦目的同时，也不免在人们心中留下了问号：这些建筑安全吗？
3WqCAEworks 清华大学土木系钱稼茹教授带领的科研团队就参与到解开这一问号的工作中。
3WqCAEworks3WqCAEworks3WqCAEworks [鸟巢]钢结构抗震设计安全、达到预定性能目标
3WqCAEworks3WqCAEworks 与身披湛蓝“外衣”的“水立方”相邻的是颇具现代感的国家体育场“鸟巢”，因整个建筑呈网格状、仿若树枝组成的鸟巢而得名。
3WqCAEworks3WqCAEworks “鸟巢”大跨度空间钢结构由主结构的桁架柱和桁架梁、顶面次结构和立面次结构组成。桁架柱的外柱顶部的杆件以及大量次结构构件采用了空间薄壁扭曲箱形构件，这种构件在平面内弯曲的同时绕轴线扭转。扭曲箱形构件的几何构型特殊，受力机理复杂，在大跨度空间结构中应用尚属首次，国内外均无相关研究成果和技术规范。空间薄壁扭曲箱形构件的截面尺寸达1.2米×1.2米，而钢板的厚度只有几厘米，尽管钢材的强度高、柔韧性能好，但这种构件是否安全、可靠，仍需要通过试验和受力分析进行研究。
3WqCAEworks3WqCAEworks 为此，钱稼茹教授科研团队对空间薄壁扭曲箱形构件进行了三项模型试验和分析：抗拉试验和分析，抗弯试验和分析，外柱顶部肘形结构模型抗拉试验和分析。
3WqCAEworks3WqCAEworks 通过三项试验，团队获得了拉力-位移曲线、弯矩－挠度曲线、屈服荷载、破坏过程和破坏形态、承载能力和变形能力等多项数据。试验结果为设计单位对极少量构件的调整提供了依据。
3WqCAEworks3WqCAEworks “鸟巢”钢屋盖是超大跨度空间结构，平面呈椭圆型，长轴330多米，最高点高度为68.5米，重40000多吨，有9522根构件，大跨度钢屋盖支撑在24根桁架柱上。如果遇到强烈地震，“鸟巢”将会怎样？
3WqCAEworks3WqCAEworks 钱稼茹教授科研团队采用有限元软件，对国家体育场“鸟巢”整体结构进行了三维静力非线性和三维动力非线性抗震分析。结果表明，大震作用下，国家体育场钢结构最大位移小于其限值；主结构在桁架柱上出现数量很少的塑性铰，屈服程度轻；次结构也有少量的塑性铰，仅极少数铰的强度下降至残余强度；结构的整体刚度没有下降，尚未达到最大承载能力。国家体育场钢结构设计达到了预定的抗震设防性能目标。
