轮辐式单-双层混合索网结构成形关键技术研究

为研究适用于体育场建筑的大开口轮辐式单-双层混合索网结构成形关键技术，以乐山奥体中心体育场为研究对象，介绍了结构构形，分析了自重与预应力作用下结构的力学特点，提出了整体牵引提升、分批张拉锚固的总体成形方法，并采用非线性动力有限元分析方法，对比优选了径向索张拉的最后锚固批次和双层索网撑杆的安装时机，进行了全过程张拉成形分析。结果表明：混合索网结构与单层和双层索网结构受力特点存在较大差异，径向索索力最大值出现在单层索网区域两侧，索夹两侧环索索力最大差值出现在单双层交界处；为减小径向索张拉锚固力值和索夹两侧环索索力差值，确定径向索的分批张拉锚固顺序为上径向索、单径向索、下径向索，并确定在分批张拉锚固上径向索之后，张拉锚固单径向索之前安装撑杆；全过程张拉成形分析结果验证了成形方法的有效性和安全性，研究成果已成功应用于实际结构中。     

大跨度车辐式单-双层混合索膜结构施工模拟分析

介绍单一双层混合索网结构的安装方案、施工过程中的技术难点、拉索布置的主要安装步骤,采用确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法对结构进行模拟计算.计算结果表明,双层索网的上径向索锚接就位,此时上环索距离下环索的空间高度远不够安装撑杆,需吊机辅助提升上环索,保证撑杆安装空间;环索最大不平衡力均出现在单双层交界的环索索夹处,整个建模分析过程中结构体系始终处于弹性应力状态,外围结构安全.     

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.     

施工滑移索的数值模拟

考虑环索与节点间存在摩擦,采用变索原长法对弦支穹顶结构每圈环索在3处进行对称同步张拉施工数值模拟,计算分析了结构在张拉施工阶段环索的滑移,得到了各状态下索的张力分布.分析结果表明,环索与节点间的摩擦导致结构张拉完成后环索张力分布不均匀.在实际工程设计和施工中,应通过改进节点构造、施工方法等措施尽量避免或降低摩擦问题对结构受力性能带来的不利影响.     

月牙形非封闭空间索桁架结构预应力施工技术

乐清体育场挑蓬采用月牙形非封闭空间索桁架结构,由刚性外环梁柱、内环索、上径向索、下径向索、吊索和压杆构成,属于张力结构体系。本工程索桁架共38榀,各榀的悬挑长度和张拉力差异大,在中部索桁架的悬挑端部存在上、下径向索交叉和上、下环索分叉,其间布置了压杆。为减少施工支架搭设费用,采用发明专利技术"索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法",分3个施工阶段:低空无应力组装、空中斜向牵引提升和高空分级同步张拉。在施工全过程模拟分析中,由于存在刚体大位移和拉索大悬垂现象,因此采用发明专利技术"确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法"进行分析,确定全过程的结构位形和内力状况。     

轮辐式交叉索结构构形研究及其预应力态分析

以传统轮辐式索结构为基础,提出一类轮辐式交叉索结构,该类结构由双层外环压梁、双层内环拉索、内环撑杆、径向交叉布置的径向承重索、径向稳定索及它们之间的联系索杆组成。采用径向索交叉布置的新形式可减小结构层高度,改善结构整体抗扭刚度,同时形成的“空间谷脊效应”便于屋面组织排水。根据内环撑杆布置方式的不同,轮辐式交叉索结构又可分为竖撑杆型和人字撑杆型两种不同构形的轮辐式交叉索结构。基于节点平衡方程,对提出的两种轮辐式交叉索结构进行预应力态分析,推导出轮辐式交叉索结构预应力态内力的计算公式。此外还将轮辐式交叉索结构的预应力态受力特性与传统轮辐式索结构进行对比,并考虑不同内环结构高度、内外环几何中心高差等几何参数下结构的自应力分布情况。结果表明,轮辐式交叉索结构具有结构高度低、结构刚度大、受力合理等特点,在大型体育场等建筑中有很好的工程应用前景。     

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。     

大跨双层分段式主缆威亚系统施工控制关键技术

第七届世界军人运动会开幕式、闭幕式的威亚表演设施工程上跨武汉市体育中心场馆,主要由钢塔、锚锭、主缆3个部分组成,采用双层分段式主缆系统,跨度布置为（40+380+40） m。基于有限元软件对威亚系统施工全过程进行计算分析,确定双层分段式主缆安装方法,为各施工阶段主缆索力、线形调整提供技术支撑,实现了主缆安装线形;同时,通过技术研究,采用装配式设计、工厂化制造、现场预拼保证钢塔拼装精度,利用无人机牵引先导索保障体育馆索膜结构安全,运用横移式循环牵引系统提高主缆安装工效;为工程安全、快速实施提供了技术保障,为类似工程施工提供可借鉴的工程经验。     

大连梭鱼湾专业足球场结构计算与分析

大连梭鱼湾专业足球场主体结构采用钢筋混凝土框架结构,罩棚索桁架结构为轮辐式上斜交下径向双层索网体系,索桁架外侧支承于钢压环,内侧设置索拉环,拉环内侧设置钢挑棚,屋盖膜结构采用张拉膜结构体系。外幕墙采用钢桁架+交叉索网支承单层ETFE膜体系。根据整体结构体系特点和构件的重要性,制定了合理的抗震性能目标,通过抗震性能化设计使结构达到预期的结构性能目标,满足相关规范要求。针对本工程复杂多结构体系特点,结构设计时进行多软件、多模型计算分析,对结构进行抗风荷载、抗雪荷载、抗温度作用、抗震等计算分析,以控制结构变形及承载力,确保结构设计安全合理。     

深圳宝安体育场轮辐式索-桁屋盖整体张拉提升技术

深圳宝安体育场屋盖为轮辐式索-桁结构+膜结构组合形式。屋盖索-桁结构是膜结构的支撑骨架,由上内环索、下内环索、飞柱、外环梁及36片三角形径向索网组成,施工的关键是径向索的整体张拉。钢索数量多、荷载大、工期紧,施工难度非常大。在对各种张拉方案进行仿真模拟计算后,最终确定了先提升上径向索就位,再提升张拉下径向索就位,最后安装悬挂索的张拉方案,并采用计算机自动控制整体张拉系统进行张拉施工。     

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。     

大连梭鱼湾足球场屋盖结构选型与张拉试验研究

以大连梭鱼湾足球场为背景，为选择经济、合理的屋盖结构形式，对双层正交轮辐式索结构方案、上层斜交轮辐式索结构方案和双层斜交轮辐式索结构方案进行了对比分析，结果表明，上层斜交轮辐式索结构体系具有较好的经济性和受力性能，可作为大连梭鱼湾足球场屋盖所采用的结构体系。为进一步研究上层斜交轮辐式索结构屋盖张拉施工方案的可行性，设计了缩尺比为1∶20的试验模型，并开展张拉试验，同时采用非线性有限单元法模拟了张拉全过程。结果表明：张拉试验能够准确模拟实际结构的张拉施工过程；张拉过程稳定可控，地面拼装、整体张拉提升的施工方案可行；试验采用的主动张拉索的牵引长度可供实际施工参考。     

援柬埔寨国家体育场屋盖斜拉索桁结构施工技术

援柬埔寨国家体育场屋盖采用斜拉索桁结构,针对全柔性鱼腹式索桁架与斜拉索相结合的技术特点,采用低空胎架拼装、斜拉索整体提升、下径向索分步张拉的施工技术.通过采用分段螺杆式节点,有效承受了环索节点处的不平衡力.对施工过程监测方法与监测内容进行研究,保障拉索施工阶段结构安全与质量.     

新型体育场径环向索网罩蓬整体提升过程模拟分析

根据两节点索单元建立索网非线性平衡方程,用M-P广义逆求解体系运动方程,采用方程特解修正索网运动,建立了索网由无应力态至初始预应力形成过程的分析方法。基于初始形态,采用非线性悬链线索单元列式,由索张力与无应力长度结合控制迭代,实现了索网整体提升控制过程的数值模拟分析,据此编制相应计算程序。最后,进行了一座新型大型体育场马鞍形径环向单层索网罩棚的整体提升张拉过程模拟分析,跟踪整体提升张拉结构从零状态至初始状态以及索张力逐渐导入与形态变化过程,当完成最后一根索的张拉时,所有索内力及节点位置均达到控制目标值,且精度高。结果表明本文分析方法有效,对大型索网结构设计与施工有理论指导意义和参考价值。     

自锚式悬索桥吊索张力及主缆线形的设计研究

确定自锚式悬索桥的吊索张力及主缆线形是设计中的难点.由于吊索是在架设完加劲梁和主缆后安装并张拉的,所以吊索张力的大小对自锚式悬索桥的内力状态影响很大.因此,研究提出以主梁弯曲应变能最小为目标的无限轴向刚度法,用它确定吊索的合理张力;考虑吊索张力后的主缆精确线形是分段悬链线,通过迭代计算可求解出主缆线形及内力;依据吊索安装前后主缆及主梁的无应力长度相等的原则,可联立相关方程,求解出吊索安装前主缆在塔顶的预偏量和各索夹在主缆上的定位.     

中关村软件园巨型光盘预应力空间钢索结构张拉施工技术

中关村软件园软件广场光盘结构属车辐式双层索系,其中含径向索、斜拉索和缆风索共288根.本文主要从施工技术角度介绍钢索张拉顺序及张拉施工模拟分析,钢索张拉的具体步骤及采用的工装设备,钢索张拉监测.     

贵阳奥体中心主体育场罩篷钢结构预应力张拉施工仿真分析研究

应用MIDAS和ANSYS两种软件,对采用有索张拉和无索施加等效平衡荷载两种模型的贵阳奥体中心主体育场预应力大悬挑桁架结构,运用连续分析法和分步一次加载法两种计算方法,对施工全过程中结构力学响应进行了仿真分析。通过对比分析两种不同计算模型的拉索内力、结构杆件应力和结构变形的计算结果,证实一次加载法是安全的。通过对预应力张拉过程中索力与主体结构端部位移值两项关键技术指标的仿真计算结果与工程实测结果的分析对比,证实大悬挑桁架结构在上弦施加预应力是有效的。     

基于能量原理的伞状全张力结构性能分析

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型,运用能量原理,分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能,根据势能驻值原理,对结构势能求偏导并将其结果进行简化,推导求得结构位移解析表达式,并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果,其误差较小。研究结果表明:在活荷载作用下,跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系;在风荷载作用下,跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化,而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高,可供结构初步设计时参考。     

中关村软件园光盘结构钢索张拉施工模拟分析

中关村软件园光盘结构属车辐式双层索系,其中含径向索、斜拉索和缆风索共288根。首先进行了考虑几何非线性和初始缺陷的整体稳定计算,进而从稳定计算角度介绍了各类钢索张拉施工顺序的确定过程。整个张拉步骤共分为163步,介绍了钢索张拉的具体步骤,分步进行张拉施工模拟验算的具体方法及采用的工装设备。钢索张拉顺利完成,最终误差控制在5%以内,证明了施工模拟分析的正确性。     

Performance of umbelliform tensegrity cable structurebased on energy principles

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型，运用能量原理，分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能，根据势能驻值原理，对结构势能求偏导并将其结果进行简化，推导求得结构位移解析表达式，并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果，其误差较小。研究结果表明：在活荷载作用下，跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系；在风荷载作用下，跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化，而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高，可供结构初步设计时参考。