In spatial structures with large spaces, one important issue in structures with large spaces is how to carry the weight of the roof. A tensegrity cable dome structure is a kind of soft structural system using the tension cable and compression column as a main element. The tensegrity cable dome is built into a variety of shape around the world but then a collapse accident is increasing. Owing to a collapse accident we must grip of the collapse mechanism to prevent an accident and construct the structure with safety and economy. In this study, I investigated the unstable characteristics of the Geiger-type and Flower-type tcnsegrity cable dome structures, which is the lightweight hybrid structures using compression and tension elements continuously, according to the difference of loading conditions.
Many papers which deal with the dynamic instability of shell-like structures under the STEP load have been published. But, there have been few papers related to the dynamic instability of hybrid cable domes. In this study, the dynamic instability of hybrid cable domes considering geometric nonlinearity is investigated by a numerical method. The characteristic structural behaviour of a cable dome shows a strong nonlinearity, so we determine the shape of a cable dome by applying initial stress and examine the indirect buckling mechanism under dynamic external forces. The dynamic critical loads are determined by the numerical integration of the nonlinear equation of motion, and the indirect buckling is examined by using the phase plane to investigate the occurrence of chaos.
The basic systems of spatial structures such as shells, membrane, cable-nets and tensegrity structure have been developed to create the large spaces without column. These structures may have large freedom in scale and form, and especially tensegrity structures are received much attention from the view points of their light weight and aesthetics. But There re some difficulties concerning structural stability, surface formation and construction method. One of the way to solve these problems reasonably is a combination of tensile members and rigid members. A structural system based on this concept is referred to as the "HTS ( Hybrid Tension Structure )". This is a type of flexible structural system which is unstable initially, because the cable material has little initial rigidity. As cable - dome hybrid structures is a type of HTS, the initial stress for the self- equilibrated system having stable state have to be introduced. To determine initial stress having stable state, the shape finding analysis is required before the stress - deformation analysis. In this paper, the primary objective is to derive the nonlinear finite element formula of cable and truss members considering geometric nonlinearity for shape finding of cable-dome, and to propose the method to decide the initial stress by the shape analysis of cable-dome hybrid structure with the self-equilibrated state.
케이블 돔은 초기에 불안정한 상태에서 각각의 케이블에 장력을 도입하면서 점차적으로 안정화되는 구조이다. 이러한 과정은 케이블에 압축력이 발생하게 되며, 일반적인 구조해석으로는 그 해를 찾을 수 없으므로 이 논문에서는 동적이완법을 사용한다. 또한, 안정화 이행과정해석을 실제적인 문제에 적용하는 방법으로 서울올림픽 체조경기장 케이블 돔 지붕에 적용함으로써 해석결과와 실측결과를 비교하고 안정화 이행과정해석의 적절함을 검증한다.
Membrane, cable structure and membrane-cable structural system are more lighter than another common structural system, and these are able to be effectively build Lip spatial structures using axial stiffness. However when the load reach at critical load level, it might be happened snap-through or bifurcation according to the structure's shape, and these collapse mechanism should be very important in the design of structures. So, In this paper we study static instability of Zetlin-type cable dome, one of the hybrid cable dome. Moreover, as the unstable behavior of shell structures are very sensitive to the initial condition, we seek to find the effect of initial condition.
대공간 구조물의 중요한 문제중의 하나는 지붕 구조물의 자중을 극복하는데 있다. 이 문제는 인장부재를 효과적으로 사용함으로서 해결할 수 가 있다. 이러한 면에서 텐세그러티 구조시스템인 케이블 돔 구조물은 대공간을 구성하는데 효과적으로 사용되고 있다. 그러나 케이블 돔 구조시스템은 외력의 증가에 따라 전체좌굴의 위험성을 가진다. 본 연구는 케이블 돔 구조물인 Geiger형과 Flower형을 대상으로 초기장력 작용에 의한 형상문제를 해결하고 축대칭 하중 재하시 완전형상과 초기형상불완전을 가지는 형상에서의 불안정 현상을 파악한다.
The characteristics of structural behavior for a cable dome shows a strong nonlinearity and very sensitive by the initial imperfection. The instability phenomenon of Geiger-type cable dome structure is generated due to the in-plane twisting near the critical load level. In this study, therefore, the effect of bracing reinforcement resisting to the in-plane twisting is investigated for the Geiger-type model reinforced by bracing. The effect of initial imperfection is also studied because the structural instability phenomenon of shell-like structure is very sensitive according to the initial condition.
The suspended dome system is a new structural form that has become popular in the construction of long-span roof structures. Suspended dome is a kind of new pre-stressed space grid structure that has complex mechanical characteristics. In this paper, an optimum topology design algorithm is performed using the enhanced colliding bodies optimization (ECBO) method. The length of the strut, the cable initial strain, the cross-sectional area of the cables and the cross-sectional size of steel elements are adopted as design variables and the minimum volume of each dome is taken as the objective function. The topology optimization on lamella dome is performed by considering the type of the joint connections to determine the optimum number of rings, the optimum number of joints in each ring, the optimum height of crown and tubular sections of these domes. A simple procedure is provided to determine the configuration of the dome. This procedure includes calculating the joint coordinates and steel elements and cables constructions. The design constraints are implemented according to the provision of LRFD-AISC (Load and Resistance Factor Design-American Institute of Steel Constitution). This paper explores the efficiency of lamella dome with pin-joint and rigid-joint connections and compares them to investigate the performance of these domes under wind (according to the ASCE 7-05), dead and snow loading conditions. Then, a suspended dome with pin-joint single-layer reticulated shell and a suspended dome with rigid-joint single-layer reticulated shell are discussed. Optimization is performed via ECBO algorithm to demonstrate the effectiveness and robustness of the ECBO in creating optimal design for suspended domes.
연속체 쉘을 이산화한 구조시스템은 돔형 구조물을 만들기 위해 많이 이용되고 있으며, 이러한 구조물은 하중레벨이 어느 임계값에 도달하면 구조물의 형상에 따라 뜀좌굴(snap-through) 또는 분기좌굴(bifurcation)에 의한 불안정 현상이 일어난다. 케이블 돔의 구조거동 특성은 초기장력 및 외력에 다라 비선형성이 강하게 나타나며 또한 초기조건에 매우 민감하게 반응한다. 본 연구에서는 케이블 돔의 불안정 문제를 파악하기 위해 Geiger 모델을 대상으로 하여 초기 장력도입에 의한 형상결정 문제를 다루고 이를 이용하여 완전형상 및 초기형상 불완전을 도입하여 외력에 의한 불안전성현상을 규명한다.
The purposes of this study are to develop the real coding genetic algorithm and to obtain the shape optimization of a cable domes by using this scheme. Generally, the structural performance of the cable dome is influenced very sensitively by prestress, geometry and length of the mast because of flexible structures. So, it is very important to decide the optimum shape to get maximum stiffness of cable domes. We use the two models to verify the usefulness of this algorithm for shape optimization and analyze the roof system of Seoul olympic gymnastic arena as one analytical model of practical structures
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[게시일 2004년 10월 1일]
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