带有部分碳纤维复合材料（CFRP）拉索的开口索穹顶结构静力性能分析

张微敬; 胡宜洲; 王泽强

doi:10.3724/j.gyjzG25081702

带有部分碳纤维复合材料（CFRP）拉索的开口索穹顶结构静力性能分析

doi: 10.3724/j.gyjzG25081702

1. 北京工业大学建筑工程学院, 北京 100124;
2. 北京市建筑工程研究院有限责任公司, 北京 100039

基金项目:

国家重点研发计划（2023YFC380560000）。

详细信息

作者简介:
张微敬，工学博士，教授，主要从事结构抗震及大跨空间结构研究。Email:zhangweijing@bjut.edu.cn

计量
- 文章访问数: 19
- HTML全文浏览量: 4
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2025-08-17
- 刊出日期: 2025-10-31

Static Performance Analysis of an Open Cable Dome Structure with Partial Carbon Fiber Reinforced Polymer （CFRP） Cables

1. College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;
2. Beijing Building Construction Research Institute Co., Ltd., Beijing 100039, China

摘要

摘要: 碳纤维复合材料（CFRP）具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，在大跨度预应力空间结构中具有较好的应用前景。为研究CFRP拉索在索穹顶结构应用的可行性，将一个跨度为120 m的开口索穹顶结构中部分钢索采用不同方法替换为CFRP拉索，对替换CFRP拉索后的索穹顶结构进行静力性能有限元分析。仿真结果表明：与采用钢索的索穹顶相比，采用等面积方法将不同位置的部分拉索及全部单一类型拉索替换为CFRP拉索，替换后的索穹顶结构中索的应力有所降低，各组拉索应力降低在8%以内；节点的最大竖向位移在10%以内变化。采用等强度方法用CFRP拉索替换全部单一类型拉索，索的应力和节点的最大竖向位移变化较大；采用等刚度方法将全部单一类型拉索替换为CFRP拉索时，索的应力和节点的最大竖向位移变化较小。对于该开口索穹顶结构，可将全部钢脊索替换为CFRP拉索。研究表明：通过合理设计，在索结构中采用部分CFRP拉索代替钢索是可行的。
- 索穹顶 /
- CFRP索 /
- 静力性能 /
- 仿真分析
Abstract: Carbon fiber reinforced polymer （CFRP） has the advantages of low weight， high tensile strength， corrosion resistance， and fatigue resistance， which makes it suitable for cable domes. To study the feasibility of applying CFRP cables in cable dome structures， some steel cables and single-type cables in an open cable dome structure with a span of 120 meters were replaced with CFRP cables using different methods. The static performance finite element analysis of the cable dome structure after the replacement of CFRP cables was carried out. The simulation results showed that， compared with the cable dome using steel cables， when some steel cables were replaced with CFRP cables by the equal area method， the stress of the cables in the replaced cable dome structure was reduced， and the stress of each group of cables was reduced by less than 8%. The maximum vertical displacement of the joints varied within 10%. When all single-type cables were replaced with CFRP cables by the equal strength method， the stress of the cables and the maximum vertical displacement of the joints changed significantly. Replacing all single-type cables with CFRP cables by the equal stiffness method had a relatively small impact on the stress of the cables and the maximum vertical displacement of the joints. For this open cable dome structure， all steel ridge cables can be replaced with CFRP cables. This research demonstrates that through reasonable design， it is feasible to use CFRP cables to replace steel cables in such structures.
- cable dome /
- CFRP cables /
- static performance /
- simulation analysis

HTML全文

参考文献(12)

[1]	董石麟，邢栋，赵阳. 现代大跨空间结构在中国的应用与发展[J]. 空间结构，2012，18（1）:3-16.
[2]	郑君华，董石麟，詹伟东. 葵花型索穹顶结构的多种施工张拉方法及其试验研究[J]. 建筑结构学报，2006（1）:112-116.
[3]	冯远，王立维，张彦，等. 成都凤凰山专业足球场结构设计[J]. 建筑结构，2020，50（19）:15-21.
[4]	吕志涛，梅葵花. 国内首座CFRP索斜拉桥的研究[J]. 土木工程学报，2007，40（1）:54-59.
[5]	WEN X，CAI C S，ZHANG Y，et al. Study of super long span cable-stayed bridge with cfrp components[J]. Engineering Structures，2011，33（2）:330-343.
[6]	季园园，韩庆华，芦燕，等. CFRP在土木工程中的应用研究[J]. 结构工程师，2014，30（5）:210-219.
[7]	SCHLAICH M，LIU Y，ZWINGMANN B. Spoke-wheel cable roof with CFRP tension members[J]. Bautechnik，2014，91（12）:721-732.
[8]	梁宸宇，朱忠义，白光波，等. 三亚国际体育产业园体育场钢结构设计[J]. 建筑结构，2021，51（19）:18-24.
[9]	DUO Y Y，LIU X G，YUE Q R，et al. A novel variable curvature clamping anchor for the multilayer CFRP plate cable:concept，numerical investigation，and design proposals[J]. Structures，2022，43:164-177.
[10]	OLOFIN I O，LIU R G. Research on the static behaviour of a suspen dome with carbon fiber reinforced polymer（CFRP）tensegrity system[J]. Iranian Journal of Science and Technology，Transactions of Civil Engineering，2021，45（3）:795-813.
[11]	张微敬，李鹏伟，李永梅. 开口穹顶结构抗倒塌性能及参数影响研究[J]. 建筑钢结构进展，2025，27（9）:40-51.
[12]	姜正荣，刘小伟，石开荣，等. 基于比值更新的索穹顶结构找力分析方法[J]. 西南交通大学学报，2020，55（1）:150-157.