弦支穹顶结构的工程应用

弦支穹顶作为一种新型的预应力空间结构形式,凭借其高效的传力机制和优美的外形效果,已在国内外近20项实际工程中得以应用。对现有工程的跨度、上部网壳结构形式、下部张拉整体部分形式、预应力施加方式、撑杆上节点和撑杆下节点等工程进行总结。在此基础上,对结构的预应力设计方法、节点设计、预应力张拉、模型试验等内容进行分析,提出一些可供工程参考的建议。     

肋环四撑杆型大开口弦支网壳体育场罩篷结构形态分析及优化设计

为从结构体系层面改善大跨度屋盖结构受力性能和经济性，提出一种肋环四撑杆型大开口弦支网壳的结构形式，可应用于大跨度体育场环形罩篷结构。与常规的弦支网壳不同，该结构的下弦节点设置四根撑杆，提高了整体结构的稳定性；且上弦层网格可采用铰接节点，减少环索和斜索的用量，预应力张拉施工便捷。区别于多撑杆类索穹顶，该结构上弦不采用索系而采用杆系，使造价经济，且便于铺设刚性屋面。针对该大开口弦支网壳，根据节点平衡方程，推导出了预应力态索杆内力一般性计算公式，分析了弦支网壳预张力分布随几何参数的变化规律。以跨度200 m的大开口体育场罩篷为例，通过全局敏感性及相关性分析，揭示了该弦支网壳整体刚度的主要影响因素为几何参数，而预张力仅起到维持局部稳定和预起拱的作用。基于两种改进遗传算法对该弦支网壳结构进行了优化设计与权衡分析，结果表明在满足稳定性前提下适当提高结构矢高和厚度，有利于改善结构刚度和经济性。最后对张拉施工和静力加载至整体失稳的全过程进行了模拟分析，表明该弦支网壳可高效利用上弦杆拉、压两端的截面强度，而施工阶段仍有必要引入临时支撑。     

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。     

2008奥运会羽毛球馆预应力损失对结构体系影响分析

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式进行预应力施工。由于加工制作安装技术难度大,环索与撑杆相连的下节点之间的实际预应力损失比设计取值偏大,引起环索各段索力不均。本文通过在环索节点和撑杆下节点间耦合自由度并增加变刚度弹簧单元来模拟预应力张拉时环索带摩擦滑移,利用此方法可以在有限元模型中模拟施工监测得到的各段环索预应力损失;在此基础上进一步分析了预应力损失对弦支穹顶结构的内力、变形以及整体稳定的影响。研究表明:预应力损失造成径向拉杆内力发生大幅度变化;造成钢网壳内力分布不均匀;对结构的整体变形影响不大,只是使同圈的结构变形不均匀;使结构的整体稳定性能下降20%左右。     

弦支穹顶结构施工过程数值模拟及施工监测

为解决弦支穹顶结构施工控制技术中撑杆下节点处的预应力滑移摩擦损失问题,考虑到滚动摩擦力远小于滑移摩擦力,提出一种含滚轴的滚动式撑杆下节点,并将其应用于某体育馆弦支穹顶结构。为验证滚动式撑杆下节点在降低预应力滑移摩擦损失方面的工作性能以及张拉施工过程中结构的安全性,采用ANSYS中的APDL语言编制了预应力施工数值模拟程序,对预应力张拉施工过程中索力、杆件内力和结构变形进行了全过程分析,同时对体育馆弦支穹顶结构预应力张拉过程进行了施工监测。结果表明：滚动式撑杆下节点的预应力摩擦损失在5%左右,是传统撑杆下节点预应力摩擦损失的50%;预应力张拉过程中,杆件轴向应力低于50 MPa,施工方案安全可行;施工监测数据验证了施工摩擦滑移数值模拟程序的可行性。     

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。     

联方型弦支穹顶研究

在分析天保中心弦支穹顶的工程实例及相关研究的基础上,提出了弦支穹顶的二阶段分析方法。采用二阶段分析方法,对选定的结构模型,与单层网壳相比较,分析了联方型弦支穹顶的结构性能。研究了不同矢跨比、不同撑杆长度、不同节点刚度等参数变化条件下联方型弦支穹顶的特性,同时考虑了不同的荷载组合情况。对联方型弦支穹顶进行了屈曲分析。研究分析结果表明弦支穹顶须按预应力模型进行分析;联方型弦支穹顶是一种高效的结构形式,其屈曲承载力大于相应的单层球面网壳;二阶段分析法是弦支穹顶一种有效的分析设计方法;较为浅平的弦支穹顶的拉索预应力应进行专项分析;撑杆较长有利于增大抵抗力并避免环向拉索的松弛;不对称荷载为主要工况时有必要对拉索的松弛进行专题校核分析。     

大跨度弦支穹顶结构施工技术研究

弦支穹顶结构的施工分为上部网壳的安装和下部索杆结构的预应力张拉,网壳的安装有高空散装法、整体顶升(提升)法等,高空散装需要搭设满堂脚手架,整体提升需要专业的顶升设备。预应力张拉方法有环向张拉法、径向张拉法和撑杆顶升法,每种预应力施工方法都有与之相对应的施工条件,若竖向撑杆和径向拉杆较多,适合采用环向张拉法,若环索张拉需要的力超过张拉机具所能提供的拉力,则可采用撑杆顶升或径向张拉法。     

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。     

2008奥运会羽毛球馆索撑节点预应力损失分析研究

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式施加预应力,环索与撑杆相连的索撑节点的设计、构造与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。本文分析了索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行了研究。利用ANSYS对环索和索撑节点进行了带摩擦的非线性接触有限元分析,并通过实际施工监测数据反算了预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行了对比,并分析了预应力损失值偏大的原因。对张拉环索的弦支穹顶索撑节点提出如下建议:索撑铸钢节点的加工制作应采用精密加工,确保节点几何尺寸严格满足设计要求;索撑节点构造应进行改进,减小环索张拉时的预应力损失;在加强加工制作精度和施工质量控制的情况下,建议索撑节点预应力损失设计取值为5%~6%左右。     

大跨度纯石建筑中预应力技术的应用

预应力技术在纯石建筑中的应用及研究在我国鲜有报道,将预应力技术运用于石构件中,可大大改善石构件的受力性能,并提高石材建筑的使用范围,使纯石建筑的发展不再受材性的限制.预应力石结构不但可以充分发挥石材天然的材质性能,还可以继续传承传统建筑结构体系中的榫卯技术,具有永久的保存价值和建筑的艺术性.通过试验和理论分析,新技术的...     

超长混凝土结构不设缝技术研究

通过对温度作用和混凝土收缩作用进行定性分析,并借助通用有限元程序对其进行定量分析,提出了对于超长结构不设缝的分析方法。最后结合工程实例,分析了预应力对于提高混凝土抗裂,减少结构中伸缩缝的作用。工程实践表明取得了较好的效果。     

昆山市青少年活动中心结构设计——钢与混凝土的完美组合

介绍了江苏昆山青少年活动中心的工程概况、结构选型及构造特点、基础设计等,阐述了该工程主体结构的计算和分析,以及预应力屋面主梁的设计、悬挑钢结构楼层部分的设计等工程主要疑难点部分的介绍.该工程项目既是一个钢.混凝土的混合框架结构,又有预应力的设计内容,通过对该工程结构设计的论述,为工程设计拓展了思路,为类似工程提供了参考.     

预应力纤维布张拉锚固技术及其设计理论研究

纤维布预应力加固技术是对传统简单粘贴纤维布加固技术的革新,它能充分发挥高强纤维布作用,极大地改善被加固混凝土结构的性能。实现纤维布预应力技术的关键是可靠的锚固方式和便捷可行的张拉方法,提出了一种简便的纤维布预应力方法及其加固设计理论,可应用于工程实践。     

预应力外包角钢偏压柱计算公式研究

为有效提高偏心受压柱的承载力,在偏心受压柱中施加预应力,充分发挥混凝土抗压强度,使构件偏心率减小,应用预应力理论对该问题进行分析研究,给出了偏压柱的计算公式,为进一步验证公式的正确性与实用性提供了参考。     

苏北通榆河上混凝土系杆拱桥的预制装配施工

在苏北通榆河沿线新建的数十座公路桥中，有十余座采用了混凝土系杆拱结构。在施工时，对系杆、拱肋等构件先在工厂预制，然后在现场按一定程序安装拼接，并施加预应力，形成内部超静定、外部静定的系杆拱结构体系。     

后张法预应力体系的施工

本文根据连续箱梁的实际施工情况,分析了后张法预应力体系的施工过程及所需注意的工序和各种不利情况下的处理方法。     

安全壳预应力张拉阶段安全壳结构性能参数计算方法研究

结合预应力阶段的安全壳仪表系统监测数据,利用CEB-FIP 90荐的混凝土收缩、徐变公式进行分析,可计算得到安全壳筒壁区域结构性能参数。在计算过程中,需要对垂直预应力钢束施工过程对K层仪表处混凝土应力影响、钢束张拉时间点进行简化。介绍一种简化方案,并结合工程案例对此简化方案进行验证。     

预应力双层索静力分析的能量变分解

预应力双层索比单层索有更好的结构刚度和形状稳定性,可用于各种跨度的屋盖结构中.本文采用能量变分原理对双层索进行静力分析,得到了在均布荷载、三角形荷载和对称三角形荷载作用下的挠度近似公式,并与采用有限元法分析的结果进行比较.结果表明,本文给出的挠度计算公式具有较高的精度,可供工程应用参考.     

体外预应力技术的发展

阐述了体外预应力结构的概念和早期的体外预应力技术,并从预应力筋、锚固体系和施工工艺三个方面系统论述了体外预应力技术的现状及以后的发展,以推广体外预应力技术的发展。