广东佛山世纪莲花体育场屋盖索网结构施工仿真分析

广东佛山世纪莲花体育场屋盖采用索膜结构,屋盖索网为轮辐式.结合结构特点,采用整体提升方案进行屋顶索结构安装,并介绍了其安装方案.采用有限元分析软件ANSYS10.0,对整体提升施工进行全过程仿真计算,并对工装索、脊索、谷索、内环索索力变化及内环索竖向位移进行分析.结果表明,采用先整体提升后安装并张拉径向索的方案可以保证环向索及整体结构内力分布均匀.     

宝安体育场车辐式屋盖结构施工误差敏感性试验及误差限值控制方法研究

采用定尺定长设计与张拉技术进行施工时,确定拉索以及其他刚性构件的施工误差限值对工程建设和验收非常重要,但目前缺乏相应的统一标准。为此进行了宝安体育场屋盖结构施工误差敏感性试验,模拟了车辐式结构径向索、环索、飞柱的长度以及环梁位形的施工误差。研究结果表明：径向索、飞柱长度以及环梁径向位形误差对本榀索桁架预应力的影响约为相邻索桁架的2~3倍,对距离3榀以上的索桁架影响较小,将这3类构件定义为局部敏感性构件;环索误差对各处径向索预应力的影响较接近,定义环索为全局敏感性构件。在此基础上结合一次二阶矩可靠度指标,提出车辐式结构施工误差限值的控制方法。该方法首先将预应力变化量表达为施工误差值随机变量的线性函数,依据构件的敏感性分类确定线性函数的项数;然后由预应力变化量得到临界状态方程和一次二阶矩可靠度指标;最后由可靠度指标需要满足的范围得出每个施工误差值应满足的统计学限值。该方法得到的施工误差限值可以用于指导宝安体育场车辐式屋盖结构的施工和验收。     

宝安体育场刚性受压环位形偏差对车辐式张拉结构成型状态的影响研究

车辐式结构是由索桁架和刚性受压环组成的自平衡体系,其刚度由索系的预应力提供,常采用定尺定长设计与施工,即拉索的索头长度不可通过螺纹调节.这种设计能够简化索头设计和制造,便于施工控制;同时也决定了受压环的位形对于成形状态索力有关键作用.以深圳宝安体育场屋盖结构为例,首先阐述了车辐式结构受压环位形变形预调值的概念和计算方法,其次研究了受压环位形偏差以及幕墙支承体系等附属结构对于主体结构成形状态的影响,并介绍了计算方法.     

单层双向正交索网结构索长误差敏感性分析及控制限值研究

单层双向正交索网结构是由两个方向正交拉索组合而成的索网体系.结构施工偏差和构件加工误差引起的索长误差会改变结构的形状从而改变索力,因此索网结构施工控制,首先应将索长误差控制在一个可接受的范围内,使之对结构响应的影响最小.以国家速滑馆大跨度单层双向正交索网结构为工程背景,研究了由于拉索索长误差引起结构成形态的索力与理论值偏差问题,使用有限元软件MIDAS Gen研究了单根拉索的误差敏感性.研究了单根拉索在不同误差取值下索力的变化规律和同时存在的多根拉索误差对索力的影响,并根据统计学原理制定了拉索的误差控制限值,最后通过现场实测数据验证了该限值的正确性.     

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。     

月牙形索桁架结构施工方法比选及误差敏感性分析

海口五源河体育场为月牙形索桁架结构,其索结构体系由径向索、内环索以及悬挂索组成。本工程拉索数量多、工程规模大、施工过程复杂,为确定合理的拉索张拉成形方法,针对悬索结构特点,提出了多种可行的拉索张拉成形方法,利用有限元软件midas Gen对提出的各成形方法进行施工仿真计算,最终确定了“地面铺装径向索及内环索,分别提升上、下径向索,最后安装悬挂索”的成形方法;在施工过程中可能会出现施工偏差以及构件加工误差,为减少施工误差带来的影响,对耳板施工偏差以及索长误差进行模拟,探究误差对结构内力的影响规律,并提出误差控制限值;最后通过对比仿真计算结果与实际施工监测数据,验证选定的成形方法可行,提出的误差控制限值合理。     

大跨度单层索网索膜结构施工技术研究与应用

苏州工业园区体育中心体育场工程采用国内最大跨度轮辐式单层索网索膜加压环梁加V形柱的结构形式,施工过程中可供参照的相关经验不多。结合施工实际,通过对体育场屋盖大跨度单层索网索膜结构的V形柱柱脚、屋面大型钢结构、体育场索结构、膜结构及屋盖钢结构健康监测等内容的施工技术研究,保证了工程的顺利施工,为类似工程提供了借鉴。     

基于一次二阶矩可靠度指标的车辐式结构索长误差控制限值研究

推导了中心对称车辐式结构索力变化与索长误差的关系;基于可靠度理论,提出了一种通过控制一次二阶矩可靠度指标确定拉索索长误差限值的方法;结合深圳宝安体育场车辐式结构,给出了制索过程中索长的控制标准.研究结果表明:所提出的方法能够为车辐式结构的制作加工提供依据,保证初始预应力态索力的精度;控制拉索制作安装中的索长误差对于采用定尺定长设计与张拉的车辐式结构有重要指导作用.     

长春奥林匹克公园体育场屋盖索结构施工技术

结合长春奥林匹克公园体育场屋盖轮辐式张拉索结构施工实践,介绍了在索种类多且数量大、结构成型时索的张力大、结构成型前后结构刚度变化大、以设置背索的桅杆取代上压环造成节点多且复杂等条件下,屋盖索结构的施工工艺及提升张拉方案。通过对监测数据的分析,表明该索结构满足设计要求,可为类似工程提供参考。     

盘锦市体育中心体育场大跨度屋盖空间张拉索膜结构施工技术

盘锦市体育中心体育场为大跨度空间张拉索膜结构屋盖体系,最大悬挑长度达41m。屋盖主索系包括内圈环向索1道和径向索,包括144道吊索、72道脊索和72道谷索。膜面布置在环索和外围钢框架之间的环形区域,膜面前端水平,后端与水平方向成夹角,整个膜面空间扭曲,并跨越72道脊索和72道谷索形成波浪起伏的曲面造型。详细介绍了从膜片加工到膜结构安装、起吊、张拉的施工整个过程以及在施工中克服的关键技术。保证了工程的质量和进度,取得了良好的社会效益。     

索穹顶结构施工技术研究

以直径71.2 m索穹顶工程为对象,介绍索穹顶施工的关键技术,即结构施工偏差及构件尺寸误差的控制、结构的安装成形方法、预应力张拉次序与方法、施工仿真分析与监测控制等。将内中脊索、内中斜索及环向索都做成定长索,外斜索和外脊索做成可调索,调整其长度补偿耳板的径向施工误差;在总结类似工程施工经验的基础上,提出地面拼装、整体同步提升外脊索和外斜索进行安装、张拉外斜索使结构成形的施工方法,减少高空作业量,保证施工的安全;根据索穹顶结构为柔性结构且具有多个对称轴的特点制定了分级分批张拉的施工方案,完成对索穹顶结构的张拉施工,从监测数据看出,施工完毕以后的位形和设计位形基本一致。     

索长误差对鞍形膜结构初始形态的影响分析

针对索长误差会造成膜结构的初始形态产生误差这一问题,基于非线性有限元法,通过对索施加温度作用模拟索长的制作误差,研究了索长制作误差对鞍形膜结构初始形态的影响特性和影响敏感度,其中初始形态包括初始几何形状、膜面初始预应力、索初始预拉力及初始支座反力.并进一步分析了结构参数,如跨度、高跨比、索膜预张力密度比对研究结果的影响.分析得到如下结论:索偏短时,索长误差对初始几何形状、初始膜面应力、初始索力及初始支座反力的影响均成线性关系,也就是影响敏感度为1;索偏长相对较小时,结构各项初始误差仍与索长误差呈线性关系,而索偏长相对较大时,索长误差对结构初始形态的影响表现出了非线性.当结构取不同跨度、矢跨比和索膜预张力比时,仍具有上述规律.本文结论可以为进一步完善膜结构技术规程中的相关规定提供基础材料和依据.     

面向控制随机索长误差效应的索杆张力结构张拉分析

针对索杆张力结构的施工张拉设计,建立了一种定量评价不同施工张拉方案对索长误差效应控制效果的分析方法。假定索长误差变量服从正态分布,分别针对原长控制法和索力控制法推导了索长误差和预张力偏差的解析关系式,进而给出了随机预张力偏差的均值和方差计算式。分析了主动索的合理选择能够减小索长误差效应的原因。以控制结构最大预张力偏差水平为目标,提出了一种基于遗传算法的主动索优选策略。以实际索杆张力结构为例,利用建议方法分析了该结构在不同张拉方案下预张力偏差的分布特性,并对张拉方案进行了优化分析。计算结果表明：索长误差对索杆张力结构初始态预张力造成的偏差不可忽视,合理选择张拉方案是控制索长误差效应的重要措施。     

长春奥林匹克公园体育场屋盖索结构整体张拉施工模拟

结合长春奥林匹克体育场屋盖索结构整体张拉施工方案,从初始状态、背索安装、脊索提升及安装就位、谷索张拉等4方面,对施工的提升张拉过程采用有限元法进行模拟计算。通过施工模拟总结出的张拉规律,可供今后类似索结构工程的设计与施工参考。     

车辐式张拉结构施工随机误差敏感性研究

深圳市宝安体育场屋盖结构为车辐式张拉结构,目前拟采用定尺定长设计与张拉的施工方法.在索系结构的张拉施工过程中,各种类型的构件会产生不同的制作与安装误差.这些误差对结构的位形与力学性能影响,涉及到误差影响的敏感性分析.针对宝安体育场屋盖结构,提出一个误差敏感性判定指标,对其施工过程中可能产生的各种误差进行敏感性分析,包括各类拉索的误差与外环梁误差等.通过对屋盖结构在各类随机误差同时存在下的结构力学性能研究发现,当构件加工与安装等各环节的精度满足一定条件时,宝安体育场屋盖结构能够抵抗各种随机误差造成的不利影响.     

大跨空间钢结构预应力施工技术研究与应用——大跨空间钢结构的预应力施工控制技术

通过大跨空间钢结构施工分析,掌握各关键施工阶段的结构状态,确定施工参数和理论目标值后,尚需确定施工控制项目、允许偏差和主控项目,并在施工中采取系列措施,保证结构成型质量.结合济南奥体中心体育馆弦支穹顶,综合对结构性能影响及相关施工允许误差兼容性,建议弦支穹顶撑杆垂直度的允许偏差为±1/150～±1/200;提出误差影响因子及计算方法,通过对比各控制项目之间的误差影响因子,确定各项目的优先控制顺序,从而确定最优先的主控项目;将群索结构中的拉索分为被动张拉索和主动张拉索.指出被动索的控制关键是索长,而主动索的控制关键是索力,并提出了拉索制作、被动索安装和主动索张拉的系列控制措施.     

索桁架结构施工误差评估的孪生仿真与模型试验

索结构施工复杂,施工误差具有很强的随机性,严重影响结构的安全状态。而已有的施工误差对结构力学性能影响的研究,存在模型不统一、精度及效率不足等问题。为此,针对索桁架结构进行了施工误差评估的孪生仿真与模型试验,建立了索桁架结构参数化模型和施工误差空间模型,并获取了影响因素与结构受力性能间的非线性映射关系。在所提施工误差评估方法的基础上进行了四个基本输入参数的参数化分析,得到了不同类型施工误差耦合作用下结构受力性能的变化规律。并以带刚性环的索桁架结构为例,开发了数字孪生仿真平台,进一步验证了评估方法的有效性。研究结果表明：基于数字孪生的数据映射关系可以有效获取施工误差下的受力性能;通过评估方法获取的试验模型力学性能与试验值高度吻合,验证了该方法的可行性;减小径向索尺寸和增加拉索成形态索力是降低施工误差影响的有效措施;为满足索力误差不超出±10%的要求,制定了施工误差的控制指标,在满足结构自身成形态应力的要求下,应控制最不利组合工况下长度误差在索长的1/350以内。     

台州大学风雨操场张拉膜屋盖设计与分析

以台州大学风雨操场为背景,介绍了该张拉膜结构屋盖的设计过程。针对其跨度大、支撑结构较柔的实际情况,提出采用面内稳定索辅助脊索、谷索共同承力的结构形式。结合风洞试验的数据结果,对三种找形方案在不同工况下的受力性能进行比较分析,结论可供同类工程参考。     

福州海峡奥体中心体育馆空间弦支结构预应力施工技术

福州海峡奥林匹克体育中心体育馆屋盖采用四边形环索空间弦支双向网格结构,具有跨度大、结构复杂、拉索张拉力大、张拉控制精度要求高等特点。根据结构特点及有限元分析结果,采用从外到内,分级同步张拉的施工方案。结合现场条件采用有效的安装方式,针对结构节点构造设计出合理的张拉工装,解决了高空安装与张拉的施工难点,实现了结构荷载的有效传递。通过仿真结果分析、拼装精度控制、索长误差调整等实现了结构形态的精确控制。     

索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工技术及全过程分析

索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法,利用固定在上弦锚固节点处的提升千斤顶,通过斜向牵引上弦索来整体提升在地面低空组装的索杆系,最后通过张拉下弦索使结构成型。该方法高空作业少,节省搭设支架的费用和工期,实现工装轻型化,提高施工效率。乐清体育场挑篷为月牙形非封闭索桁架结构,采用该方法施工,并采用基于非线性动力有限元的索杆系静力平衡态找形分析方法,进行结构自质量初始态、提升牵引和张拉全过程分析及扰动稳定分析。研究结果表明:结构自质量对弦索索力影响较大,可增大上弦索力和减小下弦索力,但对环索索力影响小;在提升牵引阶段位形变化大,上弦索和环索构成主承力构件,下弦索处于松垂悬挂状态;在下弦索张拉阶段,弦索和环索的索力逐渐增加,结构刚化成型;最外侧上、下弦钢拉杆在施工过程中内力变化剧烈,应验算其承载力;上、下弦交叉的索桁架,压杆容易出现平面外过大位移甚至翻转,此在牵引提升起始时最为不利,可在压杆顶部设置稳定工装索,保证位形几何稳定。