张拉整体高耸结构施工误差研究

针对张拉整体高耸结构这一新型结构形式,在综合其他张拉结构研究的基础上,分别使用蒙特卡罗法以及局部敏感性分析的方法研究了节点制作误差以及压杆长度误差对于单模块索力的影响,并针对施工中可能出现的索力误差,使用蒙特卡罗法研究了索力误差对于结构位形的影响,并进行了灵敏度分析排序,找出了对于结构较为重要的全局敏感性索。研究发现,该结构具有较好的自平衡性能,能够在一定范围内抵抗施工误差带来的影响。     

太阳辐射下张拉整体高耸结构热学及力学性能研究

张拉整体高耸结构是一种新型结构体系,是张拉整体的概念在竖直方向上的应用,尚未有任何功能性结构建成。针对一座功能为电视塔的张拉整体高耸结构,基于ASHRAE晴空辐射模型,模拟了该结构在一天中的非均匀时变温度场分布情况,并计算了结构在该温度场下的力学响应。通过不同的太阳辐射吸收系数取值,研究了索体材料和压杆面漆的选取对于结构热学、力学性能的影响。结果表明,当采用深色压杆面漆时,结构在太阳辐射下索力损失最小。     

预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制研究

预应力张拉是确保预应力空间网格结构实现预期设计状态的关键,但施工误差的随机变异影响了张拉过程的可控性。为此,提出一种预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制方法。在考虑施工材料参数与几何参数误差的基础上,首先对基准结构模型进行概率有限元分析,获取误差结构响应与预张力控制方案的样本对;然后利用BP神经网络的非线性映射功能,以概率有限元分析结果为训练样本,构建结构响应与预张力控制值的关系模型;在实际的多阶段张拉过程中,基于前一阶段的实测结构响应数据,利用构建的神经网络关系模型预测下一阶段的张拉控制力。利用ANSYS软件的概率设计模块与MATLAB软件的神经网络工具箱,编制了反馈控制的实现程序,并针对预应力弦支穹顶结构的数值算例进行模拟分析。结果表明：利用建议的方法能够实现对预张力控制方案的动态调整,确保结构张拉完成时实现预期设计目标。利用一3 m跨弦支穹顶模型,通过误差可调节点对结构施加节点安装误差,基于实测结构杆件内力与节点位移,对结构模型的径向索张拉过程进行了索力反馈控制试验。结果表明：施工误差影响下,结构张拉完成时径向索力达到目标预应力值,验证了反馈控制方法的有效性。     

国家速滑馆施工误差对索结构预应力偏差的影响研究

国家速滑馆地上钢结构采用正交索网、环桁架和幕墙斜拉索组成的空间结构体系,各体系互相关联,施工方法和顺序对最终完成的整体结构性能、形态影响较大,各施工阶段误差影响不可忽略.针对该体系的张拉施工过程,进行了理论分析和试验研究,明确了施工张拉过程索力偏差分布规律及相应的张拉补偿调整原则.根据实际施工过程中设备和现场状况,制定了适用于该体系的施工张拉方案.通过索力监测设备获取了张拉过程中及完成后的索系预应力,对比了实际工程中索力的偏差与理论分析及试验研究结论的差异.结果 表明,理论和模型试验确定的施工方法可行,施工误差在预期目标范围内,整体误差较小,满足使用需求.     

张拉整体高耸结构优化研究

张拉整体高耸结构是一种新型结构体系,是张拉整体在竖直方向上的应用,目前尚未有功能性结构建成。针对一座电视塔的张拉整体高耸结构,采用改进的遗传算法和三级混合算法,依靠有限元分析对结构进行了优化设计。改进的遗传算法能够识别迭代过程中松弛的索,通过自动调整对应编码区的变异率来避免索的松弛,采用非线性求解器对结构的侧向刚度进行优化;三级混合算法包含了模式搜索法、单纯形法和齿行法,采用线性求解器对结构的侧向刚度和自重进行了联合优化,提高侧向刚度的同时减小自重。优化结果表明：这两种优化算法都能够在预应力水平基本不变的情况下大幅提高结构侧向刚度,优化效果良好。     

宝安体育场车辐式屋盖结构整体模型施工张拉试验

宝安体育场车辐式张拉屋盖结构呈椭圆形马鞍面,索力分布不均匀。为制定一种索力控制精度高、对张拉设备要求低的张拉施工方法,进行了宝安体育场屋盖结构模型整体张拉试验及模拟分析,验证了 “定尺定长设计与张拉技术”能够准确获得设计初始态预应力。该方法对索材定长下料,在施工现场不调节索长,具有张拉过程简单,便于控制索力的优点。试验模拟了张拉径向索、顶升飞柱、张拉环索、隔榀张拉径向索4种张拉方案,结果表明：张拉过程中上径向索具有“张紧-松弛-张紧”的变化过程;上径向索松驰时,飞柱会出现倾斜的现象,倾斜角度可达0.1rad;4种张拉方案的操作难易程度有明显差异：张拉径向索方案所需的张拉力大,但是操作过程简单;顶升飞柱和张拉环索方案所需张拉力小,但需对结构节点和张拉设备做特殊设计;隔榀张拉径向索方案的工期最长。通过对上述4种张拉方案以及由张拉径向索方案演化出的3种分批张拉径向索方案的数值模拟分析和对比,为宝安体育场屋盖结构实际施工制定了张拉径向索的方案。     

预应力空间结构基于索力-位移观测值的预应力施工方案决策

针对预应力空间结构设计要求为目标位移的情况,研究结构实际状态与理论分析模型存在较大差异时预应力施工方案的决策分析方法。以索力、位移递推公式为基础,建立了仿真预应力施工过程的递推系统,该系统包含四类参数:结构初始状态、张拉力方案、索力与位移影响矩阵、张拉完成后的结构状态。利用施工过程中的索力-位移观测数据可计算出系统状态参数影响矩阵,然后基于递推系统的并行计算,提出了基于索力-位移观测值的预应力施工方案决策方法。利用矩阵分析软件MATLAB,编制了递推系统及决策方法的实现程序,并结合有限元分析软件ANSYS对工程算例进行了模拟分析。结果表明:利用本文方法可求得下一次循环补拉完成时达到设计要求位移状态的张拉控制力方案,从而保证预应力施工达到设计要求。     

温度作用和索长误差对采用定长索设计的张拉结构影响研究

对于较复杂的张拉结构,可采用定长索进行设计与张拉,即将索头设计成不可调节的形式,通过精确设计索长,在施工现场直接张拉到位,避免现场为满足预应力分布的要求对索长进行反复调节。张拉结构属于柔性结构,温度变化和索长制造误差对其影响很大,必须在设计施工中予以考虑。尤其对于使用定长索设计的张拉结构,由于各构件的尺寸在制作完成后不能再改变,因此必须在设计与制造时考虑温度作用和索长误差的影响。本文首先将张拉结构在全生命周期内可能受到的各种温度作用进行分类,之后讨论不同温度作用对结构的影响与边界支承条件的关系。然后提出计算温度作用控制范围的方法,并对一实际索穹顶结构算例进行实例计算,得出温度作用的控制值。此外,研究当实际加工制造中温度不满足控制要求时,通过补偿构件长度尺寸以抵消温度作用影响的方法。同时,基于可靠度理论与非线性规划方法,亦给出了索长误差对张拉结构的影响及计算索长误差控制限值的方法。     

FAST索网张拉过程模拟分析及误差控制

500m口径球面射电望远镜(FAST)采用柔性索网作为反射面的支承结构,柔性索网结构的张拉过程模拟分析对于张拉成形阶段具有重要的指导作用.基于非线性有限元理论,针对FAST索网的结构形式和施工方案,提出了索网张拉过程的模拟分析方法.通过计算分析得到了索网在张拉过程中的位移和内力,计算结果验证了张拉方案的可行性.根据张拉过程中索网的内力变化,确定了FAST索网的误差调整方案.调索后,索力的实测值和计算值偏差在10%以内,说明调索效果较好.     

胎架摩擦力和施工张拉次序对张弦梁结构成形的影响

对张弦梁结构施工张拉过程中胎架摩擦力和施工张拉次序对其成形的影响进行了分析研究。结合实际施工过程,建立计算模型,利用自行编制的非线性有限元程序计算分析。分析发现,结构与胎架之间的摩擦力对结构脱架时的状态影响不大,对结构初始状态的形态影响更小。在施工中的放样应采用零状态几何,应精确控制索段的下料长度,严格控制结构的整体变形。