一、大空間結(jié)構(gòu)施工安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究
1、大型空間結(jié)構(gòu)體系施工安裝過程的數(shù)值仿真技術(shù)研究及CAD軟件開發(fā)
。針對大型結(jié)構(gòu)體系的吊裝、滑移、張拉、卸載等施工安裝手段，研究了主動索和被動索力學模型、非理想接觸節(jié)點模型，建立了分段吊裝的節(jié)點位置遷移原則，完成了整個施工安裝過程的數(shù)值模擬，并開發(fā)了大空間結(jié)構(gòu)施工過程CAA輔助分析模擬軟件；
。研究成果可以完善空間結(jié)構(gòu)設計和建造過程的分析理論，為大量待建新型空間結(jié)構(gòu)提供施工預安裝手段，有助于消除重大工程項目施工安裝中的安全隱患，確保大型空間結(jié)構(gòu)體系施工安裝的安全性。
2、大空間結(jié)構(gòu)施工過程模擬計算方法研究
。針對大型鋼結(jié)構(gòu)整體施工方法中的吊點設置原則、吊裝過程中運動不同步的控制限值及施工過程中結(jié)構(gòu)邊界條件變化的分析，提出了用于確定合理吊點位置的修正“random guess”流程分析法；提出了用于控制吊裝過程不同步“non-synchronism limitation”計算流程；
。針對結(jié)構(gòu)在施工過程中的變邊界問題，提出了模型等效變換法和強制約束法；將虛擬樣機技術(shù)和柔體動力學理論應用到鋼結(jié)構(gòu)施工過程的運動分析和仿真模擬研究中，通過對三維運動仿真軟件COSMOS／Motion的模擬方法進行修正，提出了用于仿真模擬大型鋼結(jié)構(gòu)施工過程的方法和實施步驟。通過模擬分析一個實際鋼結(jié)構(gòu)工程的施工過程，分析各種模擬的運動形態(tài)、力學形態(tài)和控制參數(shù)等，了解施工過程的薄弱環(huán)節(jié)或危險環(huán)節(jié)，提出施工中施工過程預警的參數(shù)和運動狀態(tài)。
二、常規(guī)條件下大空間結(jié)構(gòu)使用安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究
1、新型薄膜材料ETFE材料特性及ETFE氣枕結(jié)構(gòu)設計與施工方法研究
。對ETFE材料單向拉伸特性進行了試驗研究，參考塑料薄膜試驗標準確定ETFE薄膜試驗方法，給出了決定ETFE材料屈服點、彈性常數(shù)的分析方法。通過對三種常用厚度膜材經(jīng)向和緯向的單向拉伸試驗，得到了ETFE薄膜材料的抗拉強度、斷裂延伸率、第一和第二屈服強度、彈性常數(shù)以及泊松比等重要的材料參數(shù)；
。對ETFE氣枕結(jié)構(gòu)進行了模型試驗研究，包括成形試驗、充氣試驗和加載試驗。利用材料試驗得到的材料參數(shù)進行氣枕模型的數(shù)值計算，并將試驗結(jié)果與數(shù)值結(jié)果進行比較分析。根據(jù)本研究的試驗結(jié)果，采用割線彈性模量進行數(shù)值分析得到的膜面位移與試驗值比較吻合；
。針對氣枕結(jié)構(gòu)需要設置充氣控制系統(tǒng)，同時需要較高的運行以及維護成本的缺點，提出了以彈簧代替充氣的新型彈簧枕式膜結(jié)構(gòu)，并對這種新型結(jié)構(gòu)體系的可行性進行分析，給出了設計方法；
。進行了ETFE薄膜屋蓋鋁合金試驗展示廳的設計、制作與施工。展示廳采用可拆卸式鋁合金結(jié)構(gòu)，不銹鋼節(jié)點。屋蓋采用ETFE氣枕與新開發(fā)的ETFE彈簧枕式結(jié)構(gòu)兩種單元結(jié)構(gòu)形式。
2、新型拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)研究
。通過對各種玻璃材料的力學性能和玻璃節(jié)點的連接方式進行了廣泛的調(diào)查分析，對將玻璃作為結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件材料的可行性進行了論證；
?；诔浞职l(fā)揮玻璃材料高抗壓性能的特點，構(gòu)造了一種新型拉索-玻璃采光頂結(jié)構(gòu)體系；研究了該體系在豎向?qū)ΨQ荷載、豎向反對稱荷載和風吸力作用下的內(nèi)力和位移等靜力特性，了解結(jié)構(gòu)中玻璃板應力的分布和節(jié)點位移的變化，并與純玻璃殼結(jié)構(gòu)的靜力特性進行比較，得到了拉索截面、預應力、玻璃板厚、矢跨比和水平索位置等參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力特性的影響，分析了結(jié)構(gòu)應力和豎向位移在不同參數(shù)下的變化特征；
。對拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)進行了整體靜力穩(wěn)定性分析，研究拉索截面、預應力、玻璃板厚、矢跨比和水平索位置等參數(shù)對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能的影響，并研究在結(jié)構(gòu)到達整體失穩(wěn)時，下部斜拉索的內(nèi)力變化，對一塊或多塊玻璃破碎后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能進行了分析和研究；
。對拉索。玻璃穹頂結(jié)構(gòu)體系的自振特性進行了研究，并進行了參數(shù)分析；
。對現(xiàn)有玻璃結(jié)構(gòu)連接節(jié)點進行了綜合研究，并構(gòu)造出一種適于新型拉索-玻璃結(jié)構(gòu)體系的節(jié)點構(gòu)造形式，根據(jù)提出的局部邊界只受壓單元的理論，給出了螺栓連接和夾板連接的玻璃板的計算算例，驗證了新連接構(gòu)造方案的可行性和有效性。
3.大空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與評估軟件系統(tǒng)開發(fā)
。軟件主要對結(jié)構(gòu)變形、位移、振動等物理參數(shù)進行監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的初步評估。軟件系統(tǒng)主要包含結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、安全評估等幾大模塊。通過工程實例分析驗證了軟件的可靠性。
1、大型空間結(jié)構(gòu)體系施工安裝過程的數(shù)值仿真技術(shù)研究及CAD軟件開發(fā)
。針對大型結(jié)構(gòu)體系的吊裝、滑移、張拉、卸載等施工安裝手段，研究了主動索和被動索力學模型、非理想接觸節(jié)點模型，建立了分段吊裝的節(jié)點位置遷移原則，完成了整個施工安裝過程的數(shù)值模擬，并開發(fā)了大空間結(jié)構(gòu)施工過程CAA輔助分析模擬軟件；
。研究成果可以完善空間結(jié)構(gòu)設計和建造過程的分析理論，為大量待建新型空間結(jié)構(gòu)提供施工預安裝手段，有助于消除重大工程項目施工安裝中的安全隱患，確保大型空間結(jié)構(gòu)體系施工安裝的安全性。
2、大空間結(jié)構(gòu)施工過程模擬計算方法研究
。針對大型鋼結(jié)構(gòu)整體施工方法中的吊點設置原則、吊裝過程中運動不同步的控制限值及施工過程中結(jié)構(gòu)邊界條件變化的分析，提出了用于確定合理吊點位置的修正“random guess”流程分析法；提出了用于控制吊裝過程不同步“non-synchronism limitation”計算流程；
。針對結(jié)構(gòu)在施工過程中的變邊界問題，提出了模型等效變換法和強制約束法；將虛擬樣機技術(shù)和柔體動力學理論應用到鋼結(jié)構(gòu)施工過程的運動分析和仿真模擬研究中，通過對三維運動仿真軟件COSMOS／Motion的模擬方法進行修正，提出了用于仿真模擬大型鋼結(jié)構(gòu)施工過程的方法和實施步驟。通過模擬分析一個實際鋼結(jié)構(gòu)工程的施工過程，分析各種模擬的運動形態(tài)、力學形態(tài)和控制參數(shù)等，了解施工過程的薄弱環(huán)節(jié)或危險環(huán)節(jié)，提出施工中施工過程預警的參數(shù)和運動狀態(tài)。
二、常規(guī)條件下大空間結(jié)構(gòu)使用安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究
1、新型薄膜材料ETFE材料特性及ETFE氣枕結(jié)構(gòu)設計與施工方法研究
。對ETFE材料單向拉伸特性進行了試驗研究，參考塑料薄膜試驗標準確定ETFE薄膜試驗方法，給出了決定ETFE材料屈服點、彈性常數(shù)的分析方法。通過對三種常用厚度膜材經(jīng)向和緯向的單向拉伸試驗，得到了ETFE薄膜材料的抗拉強度、斷裂延伸率、第一和第二屈服強度、彈性常數(shù)以及泊松比等重要的材料參數(shù)；
。對ETFE氣枕結(jié)構(gòu)進行了模型試驗研究，包括成形試驗、充氣試驗和加載試驗。利用材料試驗得到的材料參數(shù)進行氣枕模型的數(shù)值計算，并將試驗結(jié)果與數(shù)值結(jié)果進行比較分析。根據(jù)本研究的試驗結(jié)果，采用割線彈性模量進行數(shù)值分析得到的膜面位移與試驗值比較吻合；
。針對氣枕結(jié)構(gòu)需要設置充氣控制系統(tǒng)，同時需要較高的運行以及維護成本的缺點，提出了以彈簧代替充氣的新型彈簧枕式膜結(jié)構(gòu)，并對這種新型結(jié)構(gòu)體系的可行性進行分析，給出了設計方法；
。進行了ETFE薄膜屋蓋鋁合金試驗展示廳的設計、制作與施工。展示廳采用可拆卸式鋁合金結(jié)構(gòu)，不銹鋼節(jié)點。屋蓋采用ETFE氣枕與新開發(fā)的ETFE彈簧枕式結(jié)構(gòu)兩種單元結(jié)構(gòu)形式。
2、新型拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)研究
。通過對各種玻璃材料的力學性能和玻璃節(jié)點的連接方式進行了廣泛的調(diào)查分析，對將玻璃作為結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件材料的可行性進行了論證；
?；诔浞职l(fā)揮玻璃材料高抗壓性能的特點，構(gòu)造了一種新型拉索-玻璃采光頂結(jié)構(gòu)體系；研究了該體系在豎向?qū)ΨQ荷載、豎向反對稱荷載和風吸力作用下的內(nèi)力和位移等靜力特性，了解結(jié)構(gòu)中玻璃板應力的分布和節(jié)點位移的變化，并與純玻璃殼結(jié)構(gòu)的靜力特性進行比較，得到了拉索截面、預應力、玻璃板厚、矢跨比和水平索位置等參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力特性的影響，分析了結(jié)構(gòu)應力和豎向位移在不同參數(shù)下的變化特征；
。對拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)進行了整體靜力穩(wěn)定性分析，研究拉索截面、預應力、玻璃板厚、矢跨比和水平索位置等參數(shù)對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能的影響，并研究在結(jié)構(gòu)到達整體失穩(wěn)時，下部斜拉索的內(nèi)力變化，對一塊或多塊玻璃破碎后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能進行了分析和研究；
。對拉索。玻璃穹頂結(jié)構(gòu)體系的自振特性進行了研究，并進行了參數(shù)分析；
。對現(xiàn)有玻璃結(jié)構(gòu)連接節(jié)點進行了綜合研究，并構(gòu)造出一種適于新型拉索-玻璃結(jié)構(gòu)體系的節(jié)點構(gòu)造形式，根據(jù)提出的局部邊界只受壓單元的理論，給出了螺栓連接和夾板連接的玻璃板的計算算例，驗證了新連接構(gòu)造方案的可行性和有效性。
3.大空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與評估軟件系統(tǒng)開發(fā)
。軟件主要對結(jié)構(gòu)變形、位移、振動等物理參數(shù)進行監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的初步評估。軟件系統(tǒng)主要包含結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、安全評估等幾大模塊。通過工程實例分析驗證了軟件的可靠性。