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。     

弦支穹顶结构施工模拟研究

弦支穹顶是由上部单层网壳和下部张拉索杆体系组合而成的一种新型杂交空间结构,具有非常广阔的应用前景。在介绍弦支穹顶结构施工分析研究现状的同时,指出施工全过程分析中的关键问题是结构模型的几何确定和施加预应力的控制,并对模型试验进行研究,根据张拉单元、同时张拉点数、预应力施加水平等具体情况提出了2种张拉方案,并对理论值和实测值进行了对比。此研究可为弦支穹顶工程的施工提供参考。     

双椭形弦支穹顶张拉成型试验研究

双椭形弦支穹顶是弦支穹顶结构的一种新型结构形式,它综合了单层网壳结构和索穹顶结构的优点。通过对一长轴6.7m,短轴5.1m的双椭形弦支穹顶进行模型试验,用有限元计算软件ANSYS对结构成型过程进行了全过程跟踪计算,重点分析了张拉过程中,结构变形、结构内力变化规律,从而验证张拉成型理论方法的正确性、可行性。     

椭圆形弦支穹顶结构张拉成型阶段的应力监测研究

弦支穹顶结构是一种新型杂交结构,它很好地结合了索穹顶结构和单层网壳结构的优势,具有刚柔并济的结构特点,近些年得到越来越多的关注。以厚街体育馆钢屋盖施工张拉为研究背景,开展屋盖结构张拉成型过程的施工模拟计算,总结椭圆形弦支穹顶结构在张拉成型过程中的应力变化特点,制定合理的监测方案,通过将各监测点的实测值与模拟计算值进行对比,验证模拟计算的正确性和施工张拉方案的合理性,并为张拉施工提供指导。     

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。     

大连体育馆弦支穹顶结构张拉成形及静载试验研究

大连体育馆屋盖采用了弦支穹顶结构,为探索不同张拉方案的优劣及可行性,校核结构数值分析时数值模型和计算结果的准确性,研究结构在施工、设计荷载下的受力特性,对大连体育馆缩尺模型结构进行张拉成形和静力加载试验,结合有限元软件ANSYS对试验进行全过程模拟。结果表明:撑杆的内力和节点位移的试验值与理论值吻合较好,以撑杆内力为张拉控制目标,达到了张拉要求;撑杆顶升成形方法在试验中需进行反复调试,可控性较差,且需要对索进行精确下料,难度高;斜索张拉法可控张拉点较多,且斜索索力相对较小,索力可控性好,成形精度更高,故在施工中建议采用斜索张拉方案;在静力加载试验中,弦支穹顶上部网壳节点的位移、撑杆轴力和杆件应变与荷载基本满足线性关系,表明结构整体竖向刚度在设计荷载范围内未出现弱化,网壳杆件整体应力水平在设计范围内,结构满足设计要求。     

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。     

大跨度弦支穹顶结构预应力张拉技术研究

通过对弦支穹顶结构的介绍,结合工程概况,阐述了该工程的技术难点和重点,探讨了预应力张拉路线及网壳找形过程,对张拉方法及张拉监测内容进行了分析,指出弦支穹顶结构是体育场馆钢结构工程的最佳选择.     

弦支穹顶预应力施工过程仿真分析

以北京奥运会羽毛球馆弦支穹顶屋盖为研究对象,通过对弦支穹顶结构的预应力施工进行全过程仿真计算,检验了施工过程中的结构安全性,分析了在预应力施工过程中结构形状变化特点、内力和节点位移变化规律,同时提出了预应力施工控制参数。     

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。     

弦支穹顶结构缺陷状态的敏感性分析研究

由于构件制作与施工误差、计算假定与算法误差等情况不可避免的存在,当结构索施工张拉完成后索的实测张力值与设计值存在偏差.为研究各误差因素对结构受力性能的影响,本文对一跨度为50m的弦支穹顶结构建立正交表,分析了环索预应力以及网壳节点竖向坐标位置偏差等因素对结构静、动力性能以及稳定性的敏感性.结果表明,环索预应力对结构静、动力性能影响最为敏感,网壳节点竖向坐标偏差对结构稳定性能影响最大,在施工中需严格控制环索预应力和网壳节点空间位置.     

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。     

济南奥体中心弦支穹顶结构施工张拉分析

济南奥体中心体育馆屋盖采用了目前同类结构中跨度最大的弦支穹顶结构.弦支穹顶的施工张拉过程伴随着大位移,张拉模拟具有较大的难度.首先研究了支承条件与温度变化对结构施工张拉的影响,并给出了弦支穹顶的理想张拉成形态.基于索杆体系张拉成形的反分析法,提出了合理的不分级施工张拉方案.根据实际张拉完毕后的现场监测报告,分析了张拉的误差及其产生原因.最后提出了修正的施工张拉方案,并比较了施工的难度与合理性.     

拉索失效后的弦支穹顶结构稳定性能研究

弦支穹顶是近几年迅速发展起来的一种新型空间结构体系,它是一种典型的空间型弦支结构形式.本文总结弦支穹顶布索特点,对弦支穹顶局部拉索破断失效后的结构进行了特征值屈曲分析和非线性稳定性分析,得到了不同拉索失效后的非线性稳定分析临界荷载和一阶屈曲特征值,前者小于后者但在规律上是一致的.最外圈拉索失效对弦支穹顶一阶屈曲特征值和非线性稳定分析临界荷载改变最大,表明最外圈拉索对弦支穹顶稳定性影响最为显著.最后给出了不同拉索失效情况下拉索内力分布图,揭示了某一圈拉索失效后内力重分布情况,可得最外圈拉索在不存在失效单元时索力始终最大,存在失效单元的拉索索力一般最小.这些结果为弦支穹顶结构在抗连续倒塌能力方面提供一定的基础,同时也对弦支穹顶结构的推广应用具有一定参考意义.     

考虑施工因素影响的大跨度弦支穹顶结构性能研究

为准确把握多种施工因素对大跨度弦支穹顶结构静力性能的影响,以济南奥体中心体育馆为例,基于有限元数值分析方法,建立了122m的大跨度弦支穹顶结构模型,计算分析了预应力拉索施工阶段支座的约束状态和预应力拉索施工全过程对大跨度弦支穹顶静力性能的影响以及上层网壳施工安装偏差和施工环境温度对其稳定性能的影响。分析结果表明,上述四类施工因素对该大跨度弦支穹顶结构的静力性能有不同程度的影响,因此,在大跨度弦支穹顶的结构设计与施工过程中,应综合考虑各类施工因素的影响以确保结构在各阶段的可靠度。     

济南奥体中心体育馆弦支穹顶结构设计

济南奥体中心体育馆下部采用多层混凝土框架筒体结构,上部采用弦支穹顶结构.弦支穹顶是一种新颖的杂交空间结构,由上部单层网壳和下部索杆张拉体系构成.首先简单介绍了该弦支穹顶结构的结构形式,并采用有限单元法进行了荷载分析、模态分析、线性与非线性稳定性分析等.基于抗连续倒塌的思想,分析了弦支穹顶局部断索后的结构性能.弦支穹顶的施工张拉模拟是结构设计的难点,本文给出了各个张拉状态的控制参数.弦支穹顶的设计中还采用整体结构模型进行分析校核.     

圆柱面弦支穹顶Levy型与无环索型索系性能对比研究

针对温州某体育馆圆柱面弦支穹顶屋盖结构的索系选型,建立了Levy型索系方案和无环索型索系方案.探讨了两种方案的建筑美感,比较了两种方案的经济指标.采用MIDAS Gen软件建立模型分析结构在静力荷载作用下的杆件内力、节点位移和上部网壳应力,探讨了两种方案的结构刚度和索力分布特点.采用弧长法进行荷载-位移全过程分析,探讨...     

布索方式对弦支穹顶结构稳定性能的影响研究

弦支穹顶结构由上部单层网壳和下部索杆系统组成。为了解下部索杆系统的布置形式对弦支穹顶结构整体稳定性能的影响,确保结构在设计过程中合理布置下部索杆系统,以单层网壳以及9种不同索杆布置形式的弦支穹顶,共10种跨度均为122m的结构为研究对象,进行全跨荷载与半跨荷载下考虑初始几何缺陷与无初始几何缺陷的整体稳定性计算,提取结构失稳模态与结构稳定性系数,分析不同布索形式对结构稳定性的影响,并将计算结果与单层网壳结构的计算结果进行对比。分析结果表明:结构对初始几何缺陷较为敏感,结构的稳定性与下部索杆中撑杆的布置数量与位置有较大的关系,而与斜索的具体布置形式关系不大,且半跨荷载对结构更为不利。     

去索对无环索弦支穹顶静力性能的影响规律研究

无环索弦支穹顶结构的下部预应力索支体系较为繁冗,影响其整体受力性能且给施工造成一定困难,需要进行合理优化。以某体育馆60m跨屋盖为实例,研究去索对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响。针对原结构下部三层预应力索支体系,设计了四种去索方案,综合分析不同去索方案对上部网壳结构总应变能、整体结构最大竖向位移和承载力的影响程度,确定最优去索方案。模拟最优去索方案对无环索弦支穹顶结构进行静力性能参数分析,研究撑杆高度、拉索索力、初始几何缺陷对结构刚度和承载力的影响。结果表明：去索位置越靠近中心,对上部单层网壳总应变能影响越小,对结构刚度和结构承载力的削弱越小,节约用钢量越少;去除第三层索对上部单层网壳应变能、结构刚度和承载力影响很小,建议在优化时优先考虑去除第三层索;第一层撑杆高度和第一层拉索预应力的增加可以使结构整体结构刚度显著变大,对结构承载力影响不大而对失效模式影响较大;第二层撑杆高度的变化对结构刚度无影响,对结构承载力和失效模式影响很小;第二层拉索索力的变化对结构刚度和承载力影响不大而失效模式影响较大;建议在优化时优先考虑调整第一层拉索和撑杆;初始几何缺陷对结构承载力影响较大,初始缺陷越大结构承载力越低,而对结构失效模式影响不明显。     

弦支穹顶结构的预应力优化设计

采用遗传算法对弦支穹顶结构进行了预应力优化设计.从随机产生的初始种群出发,通过选择、杂交及变异等遗传算子,使种群一代一代地进化到最优解.本文采用二级优化的步骤对水平径向约束反力和上部杆件轴力两个优化目标同时进行了预应力优化,并编制了相应的程序对联方型弦支穹顶结构进行了预应力优化设计.结果表明,采用遗传算法收敛速度快,而且所需迭代次数少;最外圈索杆的预应力对水平径向约束反力的影响最大,而内部几圈索杆的预应力对上部单层网壳杆件的轴力影响较大.