张拉膜曲面及其动力松弛法找形过程

张拉膜结构中应力的分布既可以是处处相等的等应力分布,也可以是满足平衡条件的不均匀分布的应力,膜内各点处处相等的膜内应力分布将得到最小曲面,而平衡应力分布则得到平衡曲面。动力松弛法是常用的膜结构找形方法之一,它的缺点是所需要的迭代次数较多。在找形过程中根据结构位形的变化不断调整计算参数,从而加快了计算的收敛,大大减少了迭代次数。由于忽略膜内剪切刚度,找形过程中单元变形较大,可通过节点坐标多步提升到位来解决问题。     

常德芦荻山收费站全张拉索膜结构预应力施加数值模拟与施工监测

采用MIDAS/Gen和ANSYS有限元分析软件对常德芦荻山收费站全张拉预应力索膜结构的预应力施加过程进行数值模拟,对该结构的初始应力状态进行反复试算,得出最佳索力初始应力;为确保施工过程中的索力预张力施工的可靠性及施工安全性,对该结构中主结构索力施加的施工全过程索力、位形以及桅杆应力监测。研究表明:整体张拉结构形式预应力的施加宜采用先同步张拉背索,然后张拉谷索的方法使整体结构成形;在预应力施加初始阶段结构变形量较大,预应力的施加过程应分级缓慢加载;张拉过程中,桅杆在动态过程中应力变化比较复杂,对钢桅杆的应力监测十分必要。模拟结果与监测结果吻合较好,表明该数值模拟方法切实可行,施工过程中结构关键杆件应力、索力及位移在可控范围之内,施工方案可以很好地满足设计要求。     

向心关节索杆体系弦支穹顶张拉模拟分析

将向心关节索杆体系应用于弦支穹顶结构中,改变以往张拉环向索通过环向拉索滑动传递预应力的方式,利用撑杆的转动位移建立预应力,避免环索与节点摩擦出现预应力损失的问题。以东亚运动会团泊自行车馆弦支穹顶张拉分析为例,采用有限元分析软件ANSYS进行施工放样态正分析找形和反分析找形,得到了结构张拉前的放样态。结果表明,反分析找形对于该类索杆体系放样态找形更加有利。经反分析找形,最终采用混合张拉方式,即先预紧径向拉杆,再张拉环向索。对张拉过程进行了全程模拟,得到张拉过程中张拉力及网壳位移控制值,获得设计预应力态。     

基于结构目标位形的找形分析及预应力张拉控制方法

一种常用的悬吊结构体系由巨型钢拱、固定屋盖以及连接二者之间的拉索组成,在施丁过程中其变形主要由预应力索张拉和结构自重所致.由于某种使用功能的缘故,对施工完成后的结构位形,即目标位形常提出明确的要求.设定这类悬吊结构体系的没计位形就足结构的目标位形,考虑结构自重与拉索预应力的共同作用,采用正装迭代找形方法求解基于巨型钢拱与固定屋盖结构目标位形的初始安装位形,进而确定这类结构的安装预调值.文中还对预应力索的张拉顺序进行了研究,并通过比较拉索单步张拉和分阶段张拉方案的计算结果,说明了单步张拉与分阶段张拉方案的适用范围.     

大跨度多曲面异形张弦梁钢结构施工技术的应用

为解决大跨度多曲面异形张弦梁钢结构施工中存在的难题，通过有限元分析软件对结构进行整体建模和找形分析，对张拉过程进行模拟，并确定每个索构件的下料长度，同时确定最合理的预应力张拉顺序施工方案。在完成BIM+全站仪定位放线、双拼式标准节支撑架搭设、大跨度张弦梁分段空中拼装等施工后，通过分组分级对称同步张拉等工艺进行张弦梁预应力拉索的施工，同时在整个施工过程中对整个结构主要受力构件进行全程实时应力应变监测，保证了预应力加载过程中的结构安全性，最终实现大跨度多曲面异形张弦梁钢结构屋盖的顺利施工。     

索穹顶结构张拉找形与承载全过程仿真分析

索穹顶结构的预应力张拉过程是几何体系由机构变成结构的过程。首先,从预应力施工张拉方式实现既定结构成形态、确定结构成形态满足正常使用和安全要求、优化预应力度选定合理结构成形态三个方面,应用重启动计算分析方法,对索穹顶结构进行预应力张拉找形及承载全过程仿真分析。分析表明,采用不同的预应力张拉方式可以达到相同的既定成形态,这为制定预应力张拉施工方案创造了灵活的技术空间。其次,通过对索穹顶结构在不同预应力度下承载全过程仿真分析,得出工程采用的预应力度是安全合理的,并提出结构设计各阶段体系弹塑性性能指标。最后,针对不同跨度索穹顶结构,通过确定结构初始几何形态的初始预应力度P0,以P0为基本模数分析不同预应力度下结构的弹塑性性能,得出索穹顶结构初始预应力为（7.5～10）P0的设计方法。以上研究方法和结论在我国大陆地区首座大跨度索穹顶结构工程--内蒙古伊旗全民健身体育中心工程中实现应用。     

索穹顶结构的预应力设计方法

作为一种预应力结构 ,索穹顶的刚度和承载能力都是通过施加预应力来获取的 ,因此 ,预应力设计是对索穹顶进行任何其它分析的基础。借鉴膜结构找形方法之一的力密度法的思路 ,可以得到索穹顶的预应力设计的方法 ,而且 ,还可以利用索穹顶本身的对称性条件和成形条件来进一步简化推导过程。通过分析发现 ,预应力设计的结果实际上就是一个齐次线性方程组的解空间。应用这一方法对一典型的辐射形索穹顶算例进行分析 ,得到了其初始预应力分布     

弦支网架预应力张拉施工模拟分析

作为一种新型弦支结构体系,弦支网架由上部刚性网架和下部柔性索通过支杆相连而成。通过预应力张拉可将拉索预应力引入弦支网架中,从而改善结构受力性能,因此预应力张拉施工至关重要。以天津北塘文体中心弦支网架为研究对象,使用ANSYS有限元软件,采用单元生死技术和多时间步连续分析方法对弦支网架预应力张拉施工过程进行模拟,确定了施工过程中各拉索的张拉控制值,并分析了在施工过程中拉索内力、结构位移和杆件应力的变化规律,为该工程预应力张拉施工提供了依据。可为其它弦支网架工程的预应力张拉施工模拟提供参考。     

环锚预应力混凝土衬砌锚索张拉工序优化

预应力钢筋的张拉工序影响到衬砌施工期的应力状态,可能在衬砌内侧产生过大的轴向次生应力,引起衬砌内侧开裂。锚索分批张拉会造成预应力损失。通过锚索张拉工序的优化,将减小衬砌施工期的轴向应力并减少预应力损失,使衬砌内侧不产生环向裂缝、提高预应力效率且减少锚索张拉次数。采用有限元方法,分析了单束锚索张拉下衬砌的应力状态。在此基础上,对不同工序下锚索张拉施工过程中,衬砌的应力状态和预应力损失情况进行了分析。最终选取张拉工序少、张拉过程中产生的轴向应力较小且预应力损失小的工序作为最优工序。分析结果表明优化后的工序减少了1/3的锚索张拉次数、预应力损失小且产生的轴向最大拉应力约为1MPa,不会使衬砌开裂。为今后类似工程的施工优化提供了参考。     

大直径无粘结预应力钢套筒混凝土涵管的试验研究

通过试验,对无粘结预应力张拉施工中混凝土内钢绞线的应力、预应力损失和混凝土管壁中的应力分布,以及充水条件下混凝土管壁中的应力分布等问题进行了研究。试验结果表明,一端张拉时,预应力筋单圈布置管的预应力损失小于双圈布置管;预应力张拉完毕后,混凝土管环向形成闭合的压应力环,有效地提高了混凝土涵管的抗裂能力;张拉后管壁的抗拉强度远大于1.0MPa水压所产生的拉应力。     

Improved Method for Shape Finding of Long-Span Suspension Bridges

In recent years, many long-span suspension bridges have been constructed and the shape finding is a key issue in the design stage. This paper presents an improved shape-finding method which can overcome the shortcomings of the previous shape-finding method. The improved method is based on the common finite element analysis and convenient to be widely used in normal engineering practice. The main step can be summarized as follows. First, the vertical force components of the hangers are determined according to the construction method. Second, in the midspan, the initial equilibrium state of the main cable is calculated iteratively based on the Newton–Raphson method. Third, in the side span, the shape finding for the main cable is executed according to the horizontal force equilibrium of the pylon. Finally, the full-bridge model is obtained and examined carefully. The improved method is demonstrated through one suspension bridge with a planar cable system and one with a spatial cable system. The results show that the improved method is more efficient and accurate compared with the previous shape-finding method.     

弹性曲弯空间网壳结构的找形与承载设计

弹性曲弯网壳结构不同于常规形式的空间网壳结构,具有特殊的建造方式.本文对这种特殊空间网壳结构的找形分析和承载设计过程进行了研究,对其设计中的材料选择条件、建造过程中的顶升找形特征以及承载计算中的杆件曲弯影响进行了深入的分析探讨.     

双向张弦梁整体结构优化方法

在索网形状优化、找形和初始预应力确定的基础上,建立以结构质量最轻为目标函数,下弦索截面、上弦梁截面和撑杆等次要构件截面分级优化的双向张弦梁结构优化设计模型,该模型考虑结构应力约束、局部稳定约束和位移约束条件,并通过ANSYS优化模块和APDL语言编制相应程序,提出双向张弦梁结构优化设计的两步三级算法。算例表明,所提出的优化设计方法不仅可以满足工程设计需要,而且可以较快地收敛到满意的优化结果,可方便地用于工程的初步设计。     

张力膜结构的设计与分析--某商业中心屋顶风雨操场

张力膜在大型体育场馆中的应用越来越多，其优点是支撑结构简单、跨度大、维护管理方便．但设计、施工方面有许多值得研究的地方．本以风雨操场为例，结合动力松弛法找形的快捷和非线形有限元法荷载分析的精确，给出大型张力膜结构设计与分析的方法和流程．总结了膜结构工程设计中找形和荷载分析的内在联系，能给同类工程提供有益的参考．     

基于光纤光栅传感技术的网壳滑移法施工监测

网壳结构滑移施工法具有费用低、速度快、无需大型设备、可与下部结构平行作业的特点,是一种先进的施工方法．对网壳结构滑移施工全过程进行现场监测,具有重要意义。论文采用光纤布拉格光栅传感系统,通过准分布方式,对某81m跨度预应力柱面网壳干煤棚结构的累积滑移法施工中的结构受力进行全程监控,在确保工程安全施工基础上分析了施工中非理想因素对网壳结构滑移施工的影响。     

蚌埠体育场大悬挑预应力钢罩棚结构施工全过程模拟与监测

蚌埠奥体中心体育场作为承接第十四届安徽省省运会的主场馆,采用"大悬挑预应力实腹型钢梁-三向多点圆管支撑"结构体系,由大、小钢罩棚结构组成,外部铺设铝锰镁金属板,呈现蛟龙鳞片状建筑效果。为了保证蚌埠体育场钢结构在施工全过程中的工程质量和结构安全,深入分析了现场采用的施工方式和施工顺序。采用MIDAS软件建立了蚌埠体育场大悬挑预应力钢罩棚结构的整体模型,对钢构件拼装、预应力张拉和逐步卸载的全过程进行了多步骤的力学性能分析;对关键构件和关键节点的应力和竖向位移实施了监测,将现场实测值与有限元计算值进行了对比分析;总结了施工全过程结构应力和位移的变化规律。分析结果表明:现场监测和数值仿真模拟有效地验证了该施工方法的正确性和施工顺序的可靠性,研究成果可以为类似工程应用提供参考依据。     

岩体结构分析与电磁辐射监测相结合的岩爆预测技术——以乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道为例

地下洞室施工期间的岩爆预测对保证施工人员安全,合理安排施工进度具有重要意义。提出一种岩体结构分析与电磁辐射监测相结合的岩爆预测方法,实施过程中先通过开挖面及其附近岩体结构的观察,初步判断可不可能发生岩爆,然后对初步判断可能发生岩爆的部位采用便携式电磁辐射仪进行监测,通过电磁辐射能量及脉冲的变化进一步预测会不会发生岩爆及岩爆的强度。该方法综合考虑了岩爆发生的岩体结构条件和岩爆孕育过程中的能量转换及岩体微破裂频次,具有易于现场技术人员掌握、测试方便等优点,实践证明是地下洞室施工期间岩爆预测的可行方法。结合"中亚第一长隧"--乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道,系统介绍了岩体结构分析与电磁辐射监测相结合的岩爆预测方法中涉及的岩爆发生的岩体结构条件、电磁辐射重点监测部位及监测方法、岩爆的电磁辐射判释指标及基准值等主要内容。     

混合法实现张拉膜结构的快速分析

索膜结构的找形和荷载分析的精度及周期是索膜建筑设计的关键.传统的分析方法在保证精度和缩短周期上不能兼顾.在使用动力松弛法和非线性有限元法进行大量算例和工程分析的基础上,提出了结合这两种方法的混合法.这种方法在保证分析精度的同时,可以大大缩短分析的时间.同时考虑到实际工程的复杂性,提出了保证混合法可靠性的零荷载检验方法.结合一个实际工程阐述了这种方法的分析流程,给出了在各种荷载作用下的受力性能.     

计算机应变控制梁柱托换方法在某高层置换混凝土加固工程中的应用

某工程第5层框架柱混凝土不合格,经加固方案比较后决定采用置换混凝土加固法。由于被置换混凝土部位的结构荷载较大,为确保上部结构和施工操作的安全,在置换混凝土加固过程中采用计算机控制系统,通过应变测试仪和粘贴在支撑结构及被置换结构或构件表面的应变片连接,在卸载过程中采用机械式千斤顶对结构施加顶升力时,结构发生的应变通过应变片传输到计算机控制系统,能准确地反映被置换混凝土部位结构的内力、变形和残余变形以及支撑结构的内力等,从而使操作者了解到结构的真实受力状态。采用千分表监控结构位移,为卸载提供可靠的依据,最终达到结构卸载的目的。该工程在置换混凝土加固施工时加入了应变测试仪和计算机控制装置进行结构卸载,保障了结构在置换混凝土加固施工过程中结构和操作人员的安全。     

基于数字孪生的预应力钢结构施工安全智能化分析方法

针对预应力钢结构施工过程中力学参数时变导致结构安全性能分析精度低的问题,提出了基于数字孪生的预应力钢结构施工安全智能化分析方法,结合轮辐式索桁架的结构和施工特点,总结了施工过程中结构安全性能的特征,引入了数字孪生的建模方法,并对数字孪生的构建与应用过程进行了详细描述。在此基础上,通过融合智能算法修正得到高保真性的孪生模型,并通过在模型中设置与现实施工过程相同的工况进行实时仿真,判别施工过程结构的力学性能变化情况,实现了高精度的结构安全性能分析。最后以轮辐式索桁架为研究对象,分析其施工过程的安全状态,在数字孪生的驱动下,分析拉索松弛度对结构安全性能的影响,找到了试验模型中关键拉索构件,验证了所提方法的有效性。结果表明:该研究方法融合了施工过程的时间、空间、应用等多个维度信息,实现了对结构的实时分析与科学预判,为提高结构施工的智能化控制水平提供了可靠的借鉴。