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。     

济南奥体中心体育馆弦支穹顶索力检测

济南奥体中心体育馆钢屋盖为典型的弦支穹顶结构.施工过程中采用张拉径向索,测量环索的方法.根据索力检测的基本原理,自主研发索力检测设备.采用该EM索张力测量仪对索力在张拉阶段和安装阶段进行检测.同时,详细阐述测点布置、检测方法、检测数据整理等关键技术.并比较分析现场实测值和理论计算值.检测结果表明,索力满足设计要求,可保证结构的安全与使用.     

大开口索承网格结构施工过程分析与现场实测研究

大开口索承网格结构是近年来提出的一种新型屋面结构形式,其预应力施工过程相当复杂。以在建的巴中体育中心项目为背景,结合实际工程探讨了大开口索承网格结构的组成要点,依据实际工程的张拉方案提出采用改进的张力补偿法得到不同张拉阶段拉索施工预应力控制值,建立了有限元分析模型,进而得到结构在不同张拉阶段的索力及节点位移。分析结果表明：拉索索力模拟值与设计值吻合较好,斜撑安装完成后,环向索最大索力及最小索力相同。同时对施工张拉过程进行现场监测,模拟值与实测值基本吻合。研究结果表明,采用改进的张力补偿法可以有效模拟不同张拉阶段拉索施工预应力控制值,对索承网格结构预应力张拉施工有较好的参考价值。     

常德芦荻山收费站全张拉索膜结构预应力施加数值模拟与施工监测

采用MIDAS/Gen和ANSYS有限元分析软件对常德芦荻山收费站全张拉预应力索膜结构的预应力施加过程进行数值模拟,对该结构的初始应力状态进行反复试算,得出最佳索力初始应力;为确保施工过程中的索力预张力施工的可靠性及施工安全性,对该结构中主结构索力施加的施工全过程索力、位形以及桅杆应力监测。研究表明:整体张拉结构形式预应力的施加宜采用先同步张拉背索,然后张拉谷索的方法使整体结构成形;在预应力施加初始阶段结构变形量较大,预应力的施加过程应分级缓慢加载;张拉过程中,桅杆在动态过程中应力变化比较复杂,对钢桅杆的应力监测十分必要。模拟结果与监测结果吻合较好,表明该数值模拟方法切实可行,施工过程中结构关键杆件应力、索力及位移在可控范围之内,施工方案可以很好地满足设计要求。     

葵花三撑杆型弦支网壳大开口体育场罩篷结构形态优化设计及张拉-受荷全过程模拟

提出一种新型葵花三撑杆型大开口弦支网壳的结构形式,可用于大跨度体育场环形罩篷结构.不同于传统弦支网壳,下弦节点处设有交汇的三根撑杆,可减少环索和斜索用量,便于张拉施工,且改善了整体结构的稳定性;还有别于拓扑相同的葵花三撑杆型索穹顶结构,上弦采用杆系替代昂贵的索系,使造价经济,且便于铺设刚性屋面.考虑不同的施工成型方法,探讨了主次结构型(先张主结构、后装次结构)和整体结构型两种结构形态.根据节点平衡方程,分别推导给出了两种结构形态的弦支网壳初始态索杆内力一般性计算公式,分析研究了多个参数对预张力分布的影响规律.文中还基于两类改进遗传算法对200m跨度的大开口体育场罩篷弦支网壳结构进行了优化设计,分析结果表明这种结构形式具有良好的技术经济指标.最后对张拉施工和逐步加载至整体失稳的全过程进行了模拟分析,提出改善结构施工过程及服役阶段承载安全性的建议.     

月牙轮辐式索桁架结构的预张力偏差分析及调整技术北大核心CSCD

"几何形状"和"预张力"两个设计参数是评判全张力体系结构性能的重要指标,在施工阶段可通过拉索的带应力下料和张拉施工技术来实现.但在实际施工过程中,存在着由几何误差引起的预张力偏差现象.以乐清体育中心体育场月牙轮辐式索桁架结构屋盖工程为背景,围绕如何在施工阶段降低几何误差影响索系初始形态的问题,对拉索应力下料中的关键措施、支承结构施工几何偏差和索系预张力偏差的分析及调整方法进行了细致研究,保证了索系张拉成型后的形状和预张力偏差控制在设计允许范围之内.相关经验可供今后类似工程参考.     

十堰体育场斜拉索一次张拉到位施工技术

十堰体育场屋盖斜拉网壳结构中斜拉索施工中,根据试张拉实验总结了一束索内7根钢绞线先后张拉导致的预拉力损失,．用张力松弛法计算后张拉的各束索对先张拉的各束索张力值的影响,并考虑锚固和松弛损失确定了索的施工张力值,然后按次序可实现一次张拉到位。工程监测结果表明该施工方法可以简化施工过程,提高施工速度,保证工程精度,节约成本,可为类似工程提供参考。     

车辐式张拉结构张拉过程模拟分析及张拉方案研究

车辐式张拉结构造型轻盈通透,常作为大跨度体育场建筑的屋盖结构形式.对于由索杆组成的车辐式张拉屋盖结构而言,屋盖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的核心内容.分析制定张拉方案所应当遵循的原则,并以深圳宝安体育场屋盖结构为例,对拟制定的3种张拉方案进行张拉过程数值模拟分析,同时依据数值分析结果评估各种张拉方案的优缺点.     

中国航海博物馆双曲面索网缩尺模型试验研究

基于中国航海博物馆的双曲面索网结构,根据几何相似原则,确定索网缩尺模型,采用EM索张力测量仪对索网的索力和位移进行测量.试验过程中,采用了横索定长、竖索张拉和竖索定长、横索张拉两种张拉方案.在两种索网张拉方案下,比较分析了试验数据与数值分析结果,并对试验过程中索节点的异常现象进行研究.结果表明,在实际施工中应采用横索定长、张拉竖索至设计内力后,再微调横索的施工张拉方案.同时,应采用可以自由偏转的索夹,以尽量减少索网格的夹角畸变.     

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。     

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。     

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。     

洛阳新区体育场斜拉索施工过程监测

洛阳新区体育场罩棚采用桅杆悬吊预应力斜拉索桁架结构体系.根据结构特点,对斜拉索的索力和变形进行全过程监测.详细阐述监测过程的仪器选择、桅杆底座中心坐标测量的施工准备工作,并介绍安装前各项施工偏差、张拉过程中的张拉力和结构变形的监测内容.监测过程可靠,监测结果符合规范要求.实践表明,张拉过程中要对各测点进行同步监测,以指导张拉过程.     

索杆结构张拉过程模拟分析方法研究

张拉成型是柔性索杆结构施工过程的一个重要环节,而张拉过程模拟分析对于制定合理的张拉方案具有指导作用.总结了索杆张拉结构的构成以及受力特点,重点针对张拉过程模拟分析方法展开研究,不仅从理论上阐述了张拉过程模拟分析正装法和倒拆法的数值原理,还总结了计算过程中可能遇到的技术问题并提出解决方法.最后以深圳宝安体育场屋盖结构为算例进行张拉过程模拟分析,并通过分析计算结果判断张拉方案的可行性,为工程施工提供参考.     

张拉整体高耸结构的补偿张拉方案设计

针对张拉整体高耸结构这一新型结构形式,在其它张拉结构研究的基础上,基于温度补偿法和非线性有限元找形方法,提出了在初次张拉的基础上进行补偿张拉的设计流程与数值计算方法,使用VBA语言编写了相关程序。该方法能够为张拉整体高耸结构找到可行的补偿张拉方案,确定每一补偿张拉施工步的目标索力。该方法用于施工过程设计时,结合灵敏度分析的结果,提出了关键索控制思想,提高了索力控制精度;用于建成结构误差修正时,同时编写了有限元模型拟合程序,便于补偿张拉程序的实施。算例表明,对于以上两种情况,在补偿张拉完成后,所有索力误差能够控制在可接受的范围内。     

静力平衡法在弦支筒壳结构预张力设定与索力测量中的应用

以弦支筒壳预应力空间结构为研究对象,基于静力平衡法,提出一种以控制结构水平侧移来确定其初始预张力的设计方法,通过迭代计算,使其支座处水平侧移趋于零时,索中所对应的内力值为其理想初始预张力设计值。试验中研究了1∶15的缩尺模型,验证了静力平衡法求解弦支筒壳结构初始预张力的合理性。将此原理引入到索力测量中,依据索杆节点汇交力系的平衡关系,推导出各段索力的计算式,仅需测出撑杆内力、端部索段内力及索杆间夹角,即可测算出其他各段索的内力值。试验结果表明,该方法测量索力是可行的。     

环形张力索桁罩棚结构施工过程的形态分析

本文从一种新型索杆张力结构———环形张力索桁罩棚结构的施工成型分析出发,阐述了该问题的实质是一组已知构件原长的松弛索杆体系在其自重作用下的几何非稳定平衡形态的找形分析。根据力密度法的思想,本文提出了一种松弛索杆体系几何非稳定平衡形态的通用找形方法。该方法不受结构形式的限制,且引入了很少的计算假定,能够解决不同形式的索杆张力结构施工过程的形态分析问题。本文还模拟了一环形张力索桁罩棚结构的成型过程,利用该方法求解其施工过程每个步骤下的形态。算例分析结果表明,该找形方法能够有效地模拟索杆张力结构的实际成型过程。     

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。     

预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制研究

预应力张拉是确保预应力空间网格结构实现预期设计状态的关键,但施工误差的随机变异影响了张拉过程的可控性。为此,提出一种预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制方法。在考虑施工材料参数与几何参数误差的基础上,首先对基准结构模型进行概率有限元分析,获取误差结构响应与预张力控制方案的样本对;然后利用BP神经网络的非线性映射功能,以概率有限元分析结果为训练样本,构建结构响应与预张力控制值的关系模型;在实际的多阶段张拉过程中,基于前一阶段的实测结构响应数据,利用构建的神经网络关系模型预测下一阶段的张拉控制力。利用ANSYS软件的概率设计模块与MATLAB软件的神经网络工具箱,编制了反馈控制的实现程序,并针对预应力弦支穹顶结构的数值算例进行模拟分析。结果表明：利用建议的方法能够实现对预张力控制方案的动态调整,确保结构张拉完成时实现预期设计目标。利用一3 m跨弦支穹顶模型,通过误差可调节点对结构施加节点安装误差,基于实测结构杆件内力与节点位移,对结构模型的径向索张拉过程进行了索力反馈控制试验。结果表明：施工误差影响下,结构张拉完成时径向索力达到目标预应力值,验证了反馈控制方法的有效性。     

2008奥运会羽毛球馆新型预应力弦支穹顶结构全寿命健康监控研究

对羽毛球馆屋盖结构全寿命健康监测系统进行了设计,利用振弦应变计对索力、构件内力进行了实时监测,利用全站仪对结构关键点的位移及其沉降进行了定期监测,形成了一套完整的实时动态全寿命健康监测系统。对施工阶段进行了包括索力、网壳构件内力、网壳节点位移的全过程监控,监测数据表明索力、构件内力、结构位移与仿真分析的偏差都在一个较合理的范围之内,以索力为主控参数,节点竖向位移为第二控制参数,并综合考虑构件内力,认为其施工张拉已经达到设计要求。自索张拉施工完成至结构竣工的健康监测数据显示,索力、构件内力都增大不多,说明结构刚度比设计值大,荷载小于设计荷载,证明结构是安全的,同时也验证了系统的有效性。