基于一次二阶矩可靠度指标的车辐式结构索长误差控制限值研究

推导了中心对称车辐式结构索力变化与索长误差的关系;基于可靠度理论,提出了一种通过控制一次二阶矩可靠度指标确定拉索索长误差限值的方法;结合深圳宝安体育场车辐式结构,给出了制索过程中索长的控制标准.研究结果表明:所提出的方法能够为车辐式结构的制作加工提供依据,保证初始预应力态索力的精度;控制拉索制作安装中的索长误差对于采用定尺定长设计与张拉的车辐式结构有重要指导作用.     

车辐式张拉结构施工随机误差敏感性研究

深圳市宝安体育场屋盖结构为车辐式张拉结构,目前拟采用定尺定长设计与张拉的施工方法.在索系结构的张拉施工过程中,各种类型的构件会产生不同的制作与安装误差.这些误差对结构的位形与力学性能影响,涉及到误差影响的敏感性分析.针对宝安体育场屋盖结构,提出一个误差敏感性判定指标,对其施工过程中可能产生的各种误差进行敏感性分析,包括各类拉索的误差与外环梁误差等.通过对屋盖结构在各类随机误差同时存在下的结构力学性能研究发现,当构件加工与安装等各环节的精度满足一定条件时,宝安体育场屋盖结构能够抵抗各种随机误差造成的不利影响.     

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。     

整体张拉索膜结构索长误差分析及控制限值研究

以长春体育场屋盖整体张拉索膜结构为工程背景,针对施工过程中因索的下料误差、安装偏差等引起的结构成形态索力和位形与设计值偏离的问题,利用有限元软件ANSYS研究了结构预应力分布及环索节点位形对单根脊索、谷索和环索的索长误差的敏感性;并以结构张拉成形态索力偏差不超过设计值的5%为要求,提出了单根索的索长误差限值;最后以得到的各类索的误差限值作为最大允许索长误差,生成随机索长误差样本,分析成形态下结构的索力及位形偏差。结果表明,径向索(脊索、谷索)索长误差仅对自身索力影响较为明显,而环索索长误差对结构各处索力影响较为均衡;建议脊索、谷索、环索的索长误差限值分别取索长的1/1 700,1/2 000和1/2 000,该限值可用于指导长春体育场屋盖结构的施工和验收。     

宝安体育场刚性受压环位形偏差对车辐式张拉结构成型状态的影响研究

车辐式结构是由索桁架和刚性受压环组成的自平衡体系,其刚度由索系的预应力提供,常采用定尺定长设计与施工,即拉索的索头长度不可通过螺纹调节.这种设计能够简化索头设计和制造,便于施工控制;同时也决定了受压环的位形对于成形状态索力有关键作用.以深圳宝安体育场屋盖结构为例,首先阐述了车辐式结构受压环位形变形预调值的概念和计算方法,其次研究了受压环位形偏差以及幕墙支承体系等附属结构对于主体结构成形状态的影响,并介绍了计算方法.     

车辐式结构张拉方案与关键技术研究

车辐式结构是一种新颖的索-拱结构体系,其稳定性能比单纯的拱结构有很大改善.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、拱、飞柱组成的屋盖结构体系而言,整体张拉成型的方法优于单点张拉的施工方法,张拉方案的选择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.本文以宝安体育场现场施工实际出发,通过对张拉方案探讨与分析,研究车辐式张拉结构整体张拉过程的方案与关键技术.文中讨论了几种可能的施工方法,并对每种方法的优缺点进行了比较,同时对选定方法的关键施工步骤进行了研究.     

枣庄市市民中心体育场索结构工程施工技术

枣庄市市民中心体育场屋盖采用全新索结构体系,不同于国内同类型车辐式索桁架结构,其上径向索采用交叉斜拉索网,内环索上、下环之间设置斜拉索,使铸钢节点产生较大的不平衡力,对环索索夹抗滑移提出较高要求,增加了施工难度。针对索系施工方案的探讨与分析,研究索整体张拉、下料精度控制、索夹抗滑移措施等关键技术,选择最优方案,并成功用于本项目,同时对选定的施工方法关键步骤进行详细分析和研究。     

宝安体育场车辐式屋盖结构张拉施工过程中位移监测研究

宝安体育场屋盖结构为车辐式张拉结构,采用定尺定长设计与张拉技术施工方法,为了解屋盖结构在不同施工张拉阶段的实际位移,分别在上牵引索索长为8.00,1.00,0.60,0.30,0.00(m),下牵引索索长为5.00,1.00,0.60,0.20,0.00(m)的工况下,模拟计算外压环和上、下径向索节点的空间位置,并在张拉过程中对应计算工况进行现场监测,得到屋盖结构在张拉阶段的位移参数,将实测值与模拟计算值进行对比,两者吻合良好,验证了该理论计算和现场实测都是正确和可行的。     

深圳宝安体育场屋盖轮辐式索膜结构设计北大核心CSCD

系统地介绍了宝安体育场屋盖罩篷轮辐式索膜结构的结构体系和设计理念,阐述了设计过程中的一些重点、难点问题及其解决方案,对该轮辐式屋盖结构的施工张拉过程进行了初步的模拟计算,并研究了屋盖结构各构件在此施工过程中的内力变化情况。     

秦皇岛体育场屋盖预应力悬臂桁架施工技术

秦皇岛体育场屋盖由24榀悬臂桁架组成,桁架之间以弧形拱梁和钢索连接为空间稳定体系。介绍屋盖体系的施工技术,包括结构安装、承重架的搭设及拆除、预应力钢索的张拉方法,并对支撑结构拆除前后桁架挠度和拉索应力值的变化进行了分析。     

索穹顶无支架提升牵引施工技术及全过程分析

索穹顶施工是将索杆系经由无应力组装状态、低应力松垂状态向高应力成型状态转变的过程。基于索穹顶无支架提升牵引施工方法,在地面组装内拉环和脊索网,随后续提升牵引在低空组装其它索杆系;以外压环为支座利用工装索交替提升内拉环和牵引外脊索,直至外脊索与外压环连接就位,对外斜索同步张拉结构成型。该方法高空作业少、张拉效率高。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,建立整体运动方程,通过一级动力平衡迭代和二级模型更新迭代,由初始静力不平衡态,经由动力平衡态收敛于静力平衡态,并通过总动能峰值及时间驻点确定、时间步长自动调整和静力平衡态检验等,保证分析结果的稳定和高效。结合索穹顶实际工程进行了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：索杆系位形经历了分别与提升牵引、牵引张拉初期和张拉后期对应的悬垂、调整和刚化3个阶段;脊索网呈“ω”形是保证索杆系低应力悬垂位形稳定的重要条件之一;位形调整阶段存在“拐点”,拐点的位形稳定性在全施工过程中最弱,在高矢跨比索穹顶中应特别关注。     

索穹顶结构施工技术研究

以直径71.2 m索穹顶工程为对象,介绍索穹顶施工的关键技术,即结构施工偏差及构件尺寸误差的控制、结构的安装成形方法、预应力张拉次序与方法、施工仿真分析与监测控制等。将内中脊索、内中斜索及环向索都做成定长索,外斜索和外脊索做成可调索,调整其长度补偿耳板的径向施工误差;在总结类似工程施工经验的基础上,提出地面拼装、整体同步提升外脊索和外斜索进行安装、张拉外斜索使结构成形的施工方法,减少高空作业量,保证施工的安全;根据索穹顶结构为柔性结构且具有多个对称轴的特点制定了分级分批张拉的施工方案,完成对索穹顶结构的张拉施工,从监测数据看出,施工完毕以后的位形和设计位形基本一致。     

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。     

锚索的选择与应用

本文按锚索锚固段的受力特点，将目前工程中已出现的预应力锚索分为荷载集中型、荷载分散型和拉压复合型三类，每类中选择一种作为代表，将目前工程中应用较多的压力分散型锚索、二次灌浆全长粘结锚索和拉压复合型锚索的结构、受力特点、施工要点作了较详细的分析。文中特别强调各种锚索作为永久支护使用时应注意的结构措施。     

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。     

北京机场南线收费站索膜体系预张力的实现

北京机场南线收费站工程施工的重点及难点是钢索体系的安装以及体系预张力的形成。按照安装顺序,对吊索安装、下拉索张拉、边环索张拉、谷索张拉4个状态进行了精确的施工模拟验算,作为张拉设备选择、测量监控和应力监测的依据,实际施工过程完全验证了施工模拟计算的准确性。整个索膜体系安装共分11个步骤,有条不紊地将如此复杂的大跨度柔性空间结构体系准确施加上预应力设计值,总结了其中值得参考的施工经验。     

索穹顶结构施工成形理论分析和试验研究

根据索穹顶结构由拉索和压杆组成的几何拓扑关系,提出一种新的施工成形方案——由外及里逐圈按阶段分批调节压杆长度到原长的成形方案;并采用抛物线单元建立已知原长的构件变形后节点坐标与构件内力之间的关系,在此基础上提出了一种基于动力松弛法、控制构件原长求解各阶段平衡态时杆件内力和节点坐标的理论分析方法;最后通过设计加工一直径为5 m的索穹顶模型试验对该施工成形方案的可行性及理论分析方法的正确性进行了模拟和验证。试验结果与理论计算值基本符合,表明基于动力松弛法、控制构件原长的找形分析方法是正确有效的、由外及里逐圈分批调节压杆长度到原长的施工成形方案是可行的。     

椭圆平面弦支穹顶静力性能研究

对上部单层网壳为联方型的椭圆平面弦支穹顶网壳的静力性能进行了计算分析。研究了径向索和环索截面、预应力、布索方式、撑杆长度、矢跨比和截面离心率对结构静力性能的影响,将部分计算结果与试验进行了分析。研究表明,在满足一定条件时,采用较长的撑杆、增大环索面积、提高预应力都能减小结构的竖向位移,改善结构的静力性能。     

凯威特型索穹顶结构多种张拉成形方案模型试验研究

张拉成形技术属于索穹顶结构的关键技术。为分析比较各种张拉成形方案的施工可行性和方便性,同时深入理解预应力生成机理,对一凯威特型索穹顶结构模型进行了逐步张拉外圈斜索成形、一次性张拉外圈斜索成形及由外及里逐步调节压杆到原长成形等三种成形方案的张拉成形试验,跟踪了张拉成形全过程。试验研究表明：三种张拉成形方案都是可行有效的,其中一次性张拉外圈斜索成形方案施工较为方便;逐步调节压杆长度到原长成形方案精度相对较高;控制构件原长的张拉成形控制技术不仅适用于单整体自应力模态体系,也适用于多整体自应力模态体系;体系预应力伴随着构件的逐步张拉到位而逐步生成。     

国家天文台FAST工程索网索力调节施工技术

国家天文台FAST工程球面索网结构由2225个节点,6670根主索以及2225根下拉索组成,该结构安装完成后需要后续对索网索力进行调节来达到该结构的设计要求。FAST工程球面索网通过150根边缘主索与圈梁连接,边缘主索采用长度可调节的拉索结构,其它主索均为长度固定的不可调拉索结构,索网节点通过2225根下拉索连接于地锚。索网几何位置由边缘索调整实现,索网节点后期的变位通过下拉索调整实现。本文将介绍FAST球面索网结构边缘主索索力调节的施工工艺。