弦支穹顶结构屋盖预应力施工技术

巨型网格弦支穹顶结构常作为大跨度公共建筑屋盖的结构形式.弦支穹顶结构一般由上部的刚性网壳与下部的索撑体系组成.对于下部的索撑体系结构而言,其施工常常采用整体张拉成型的方法,其张拉方案的制定以及张拉过程中力与形的控制是施工张拉过程中的核心内容.以大连市体育馆屋盖结构为例,分析了制定张拉方案及张拉次序所应考虑的影响因素,研究了多道环索预应力张拉全过程索撑体系内力值的变化规律,同时依据数值分析结果评估了该张拉方案的可行性.     

河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖稳定性能分析

以河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖为研究对象,考虑几何和材料非线性、活载布置方式及初始几何缺陷分布模式和大小等因素,对结构进行特征值屈曲和非线性屈曲的荷载-位移平衡路径全过程分析。研究表明:半跨活载布置对稳定承载力无不利影响,恒载及活载全跨布置、初始几何缺陷按第2阶屈曲模态分布时,结构稳定承载力最小。活载布置方式影响结构屈曲位移形态,活载全跨布置时局部凹陷区域为沿短轴跨度方向呈不对称形式分布,活载半跨布置时局部凹陷均位于活载最不利布置一侧呈带状分布。弦支穹顶结构对初始几何缺陷的变化比较敏感,结构由无缺陷到缺陷增加至跨度的1/100过程中,荷载-位移曲线平衡路径出现两种不同的模式。     

某体育馆弦支穹顶拉索施工研究

弦支穹顶由上部网壳与下部的张拉索杆体系构成,预应力索网布置和预应力分布较复杂。以山东某体育馆为例,进行施工全过程分析,研究了环索分批张拉过程中结构的内力和变形。确定了合理的张拉方案及其施工参数。     

弦支穹顶结构尺寸优化设计的研究

以结构重量为目标函数,考虑构件稳定应力约束、强度应力约束、长细比约束和结构位移约束,对弦支穹顶结构进行了尺寸优化设计研究。为有效引入位移约束,采用位移关于构件截面积梯度分量权重来增加构件截面积。为提高设计变量的搜索效率,对钢管、钢索和钢拉杆规格库进行了优化排序处理,显著提高了优化搜索速度。采用优化设计方法,对深圳大运会篮球馆屋盖弦支穹顶结构进行了尺寸优化设计研究。研究结果表明,在构件稳定应力、强度应力、长细比和结构刚度(位移约束)等约束满足设计要求前提下,结构用钢量显著减少。优化设计方法搜索速度很快,应用简单,可用于大型弦支穹顶结构设计中。     

某弦支穹顶结构预应力索施工模拟与分析

以济宁市综合体育馆弦支穹顶结构为实例,采用施工反分析方法对预应力张拉过程进行有限元模拟分析,对比分析了不同张拉位置、张拉顺序和张拉分级时结构控制节点的竖向位移和屋盖上部杆件最大应力比变化,得出了不同张拉方案对弦支穹顶结构的影响结果,提出了弦支穹顶预应力施加方法的建议。     

重庆市渝北体育馆弦支穹顶结构预应力施工技术研究

渝北体育馆屋盖的结构形式采用弦支穹顶结构,平面形状近似为倒圆角的三角形平面,结构形式新颖,预应力施工难度大.本文详细介绍了该工程的预应力施工技术方案,重点分析了五个方面的关键技术:钢索下料及撑杆偏移确定的方法、施工仿真计算分析、拉索布置及安装、拉索张拉以及施工监测.本工程采用张拉径向拉杆施加预应力,张拉过程中采取分级对称张拉的方法.对施工过程进行了详细的仿真计算分析,并根据实际得到的结构竖向位移、部分钢结构应力监测结果,进一步证明了张拉方案的合理性.本文所提出的预应力施工技术为类似的弦支穹顶结构预应力施工提供借鉴.     

青岛体育馆索网结构屋盖及其施工

青岛体育馆属多功能的大跨度公共建筑。屋盖由落地交叉拱与两个不对称的鞍形曲面索网组成,上铺轻质屋面板。该馆建筑造型新颖、独特,结构设计及施工的难度较大。本文将结合工程全面介绍索网屋盖的设计和施工,其中,重点介绍索网结构中的绷索成型,预应力张拉和不对称结构的处理等关键环节的计算原理、实施方法以及实际效果。     

常州体育馆大跨度椭球形弦支穹顶预应力拉索施工

结合常州体育馆大跨度椭球形弦支穹顶的预应力拉索施工全过程,基于有限元软件ANSYS,介绍了预应力拉索正式施工前所需的主要分析内容,并对该结构进行了精确的理论分析计算,最终使得结合可滑动索夹的环向索张拉法在该过程能够成功实施.同时根据现场施工情况,阐述了该类大跨度椭球形弦支穹顶的施工控制要点及拉索应力和结构变形监测.监测结果显示本张拉方法切实可行,能够在结构中建立有效预应力.     

葫芦岛体育馆弦支穹顶拉索施工分析

葫芦岛体育馆屋盖主体钢结构部分为弦支穹顶结构,由上部单层网壳和下部的张拉索杆系构成,是传统索穹顶与空间网壳结构的混合体。该工程拉索体量大、分布面广,且由径向钢拉杆、环向索及撑杆组成了整体张拉索杆体系。不论采取何种拉索张拉方法,一般均不可能对所有拉索同时同步施加预应力,所以该工程中采取分批分级的办法来实现。利用大型通用有限元软件ANSYS进行张拉施工全过程的分析,来确定合理的张拉方案。     

弦支穹顶钢结构体育馆的结构体系与施工技术

在1993年M Kawaguchi提出了一个结合单层网壳和索穹顶结构优点于一身的新型钢结构形式,我们称为弦支穹顶结构（索承网壳结构）。在这个结构组成提出以来,国外很多专家都对其进行过理论实践和实验分析。那么简单点来讲,它就是由一个上层索和下层索通过撑杆建立的一个自由平衡体系,只不过在这里上层索是由单层空间网壳代替。正是由于这种新型钢结构简化了以往出现的繁琐结构形式,而且在国外得到了广泛的运用。近年来,我国也开始引进这种新的钢结构方式。通过对弦支穹顶结构的反复实验验证和结构理论分析。近两年来,我们开始尝试在实际工程项目建设中运用这一钢结构进行施工。其中就有安徽大学体育馆、常州体育馆和济南奥体中心体育馆三个主体钢结构项目建设。通过施工,结合实际情况,我们采用了风格迥异,技术施工不同的方式很好的完成了这三项钢结构施工项目,得到的效果当然是非常好的,下面就三个弦支穹顶结构体系来进行分析解读。     

北京大学体育馆空间辐射弦支网壳钢屋盖安装

结合北京大学空间辐射弦支网壳钢结构屋盖,介绍了其安装方式和工艺特点.包括在加工厂分段加工钢结构构件,现场分段高空组装.同时,采用由中央向四周的扩散安装顺序,先安装刚性环,依次安装辐射桁架、支撑杆件和环向支撑.辐射桁架采用对称循环安装,环向桁架采用由外向内推入的方法.结果表明刚性环的组装顺序合理,保证了安装过程中刚性环的整体稳定性.同时,选择合理的焊接工艺,可达到安装质量的要求.     

贵阳奥体中心体育馆弦支穹顶预应力拉索施工

贵阳奥体中心体育馆采用大跨度弦支穹顶结构,八边形环桁架作为网壳屋面的支撑系统.结合屋盖结构特点选择主动张拉径向钢拉杆的方式建立预应力,制订合适的张拉顺序并进行施工模拟数值分析.阐明了拉索安装和张拉施工的操作难点,对特殊四索索夹和张拉装置精细化分析.钢拉杆内力监测结果和屋面、撑杆变形监测结果均满足规范要求.     

弦支穹顶钢结构体育馆的结构体系与施工技术

通过安徽大学体育馆、常州体育馆、济南奥体中心体育馆3个弦支穹顶体育馆钢结构工程的实践,介绍了其建筑形式,结构设计体系和主要的节点形式.同时研究了3个体育馆钢网壳的安装方案及预应力张拉方案,包括安装胎架的设置、张拉控制原则和分级张拉过程.     

弦支穹顶结构体系的应用

弦支穹顶结构体系是在单层网壳和索穹顶的基础上发展起来的一种新型复合空间结构,能够发挥单层球面网壳与索穹顶结构两者的优点,弥补两者的不足。目前已有的研究局限于设计理论,少量的工程实践也是试验性的小跨径工程。因此,对大跨度弦支穹顶结构体系及其工程施工技术进行一体化研究具有重要的现实意义。概述了弦支穹顶结构体系产生的背景、定义、特点及工作机理,归纳了预应力索撑体系设置原则。简要介绍了国内外首个大型双层椭圆弦支穹顶——武汉体育中心二期工程体育馆的设计和施工工艺,该工程采用的非常规的安装方法和首次在大跨度弦支穹顶结构体系中通过撑杆调节法来施加预应力,并取得成功,为类似新型空间结构的研究与应用提供了有益的参考。     

茌平体育馆大跨度弦支穹顶叠合拱复合结构体系

分析了茌平体育中心体育馆工程的建筑造型,根据屋盖造型提出了四种结构体系并进行了初步的对比分析,确定出了各方面性能较好的弦支穹顶结构体系作为屋盖结构体系,采用三维建模技术得到了钢拱的空间曲线。结合建筑使用功能和结构受力的要求,分别调整了弦支穹顶的结构布置并局部修改了建筑造型,进而提出了本工程采用的大跨度弦支穹顶叠合拱结构体系。采用有限元软件对这一新型结构体系在各种荷载工况和组合下进行了静力分析以及模态分析,得到了结构的受力、变形和振型特点,为工程的设计和施工提供了参考。     

佛山岭南明珠体育馆穹顶钢结构屋盖整体提升施工技术

本文主要介绍大型穹顶钢结构屋盖整体提升的施工技术要点,从受力分析、计算、提升系统设计、提升工艺及提升过程的控制等方面进行详细介绍,供类似工程施工时参考.     

考虑临时支撑的弦支穹顶结构施工仿真分析

弦支穹顶结构在施加预应力前,施工临时支撑对上部网壳起较大的支承作用,索张拉施工时未拆除临时节点支撑。考虑支承对施工过程的影响有助于结构安全和支撑布置是否合理。以2008奥运羽毛球场馆实际工程为背景,利用有限元软件分别就有支撑和无支撑两种情况下的结构施工过程进行仿真分析。研究表明:考虑临时支撑对弦支穹顶结构的影响可以更贴切地体现结构施工过程中的实际响应,随着预应力张拉的进行,个别构件内力变化幅度非常大,对结构进行施工阶段的强度、刚度等验算显得尤为重要。     

弦支穹顶结构预应力施工模拟方法研究

对于弦支穹顶结构预应力施工模拟分析,提出一种新的分析方法。基于结构施工态构形建立节点力非线性平衡方程,基于矩阵微分理论和牛顿切线法概念得到结构非线性平衡方程的线性逼近式,通过引入结构边界约束条件得到结构可动节点坐标迭代公式。给出的方法将施工张拉力或卸载压力视为外力直接施加于施工结构上,不需要将施工张力等效为初应变或初温差。使用该方法可有效考虑结构非线性特性、不同批次张拉施工的相互作用和临时支撑卸载施工。对一大型弦支穹顶结构算例进行了预应力施工模拟分析,验证了该方法的有效性。     

弦支穹顶结构的研究发展

弦支穹顶作为一种新型复合结构,与单层网壳相比具有良好的受力体系和稳定性,一经提出就得以在工程上的广泛利用。对弦支穹顶体系的研究现状和工程应用进行了分析,并指出了弦支穹顶结构进一步的研究方向。