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。     

国家天文台FAST工程索网安装施工技术

国家天文台FAST工程索网安装共包括2 225个主索节点、6 670根主索和2 225根下拉索,所有安装工作均需在空中完成,要求精度高,施工难度大。为了避免索网在安装过程中应力过大,并满足圈梁受力要求,施工过程中将整个索网对称等分为5个施工区域,每个区域都同步施工。施工时,需要采用大量悬空索道进行拼装,其中,施工通道为固定索道,需要承载较大受力,施工索道则随安装进度不断转移。     

国家天文台FAST工程索网安装施工技术

国家天文台FAST工程索网安装共包括2225个主索节点、6670根主索和2225根下拉索,所有安装工作均需在空中完成,要求精度高,施工难度大。为了避免索网在安装过程中应力过大,并满足圈梁受力要求,施工过程中将整个索网对称等分为5个施工区域,每个区域都同步施工。施工时,需要采用大量悬空索道进行拼装,其中,施工通道为固定索道,需要承载较大受力,施工索道则随安装进度不断转移。     

基于初始基准态的FAST反射面索网结构性能优化分析研究

500m口径射电望远镜FAST反射面索网结构,由短程线型面索网和下拉索构成,采用高强度预应力钢绞线束索,主动变位工作是其最大特点。索网优化设计采用容许应力法,基于索网为形控结构,提出标准球面基准态优化分析方法：根据主动变位工作基本要求和主动变位引起的面索应变变化幅值一定,首先确定下拉索初张力值和面索初应力上、下限值,通过找力分析确定面索初张力后,以初应力接近上限为原则确定面索截面规格。分析若干关键因素对索网结构性能的影响,结果表明：为避免工作态出现过低下拉索力,在面索弹性模量和容许应力一定的条件下,只能通过维持面索初应力水平,增大面索截面积来提高下拉索和面索初张力;周圈钢桁架宜采用滑动支座和较低刚度,并可采取周圈钢桁架沿径向预偏安装、边缘下拉索张拉固定后不参与主动变位的措施;钢索安全系数从2.5调低至2.0,可提高容许应力和面索初应力上限、减少材料和改善内力状况。另外,通过对比碳纤维索和钢索的力学特性,高强、低弹模、轻质量、抗疲劳的碳纤维索适合FAST索网结构。     

FAST索网结构连接构件的疲劳性能研究

作为国家重大工程,FAST索网在运行时结构将产生超高应力幅的疲劳荷载,对索体的连接部位产生较大的考验。为解决连接部位的疲劳问题,本文基于索网的疲劳性能要求,对现有拉索结构的叉耳部件进行了试验,根据初步试验结果设计了新型叉耳部件,并通过公式计算与有限元软件进行了叉耳组件的强度校核,最后对不同型号的拉索组件进行了试验验证,结果证明新型叉耳组件在拉索结构中表现良好,可以满足应力幅500 MPa、循环受力200万次的索网疲劳要求。     

国家天文台500m口径天文望远镜索网安装施工

国家天文台FAST工程索网结构是主动反射面的支撑结构,是实现反射面主动变位的关键点,制作安装工艺要求极其严格。其共包括2 225个主索节点、6 670根主索和2 225根下拉索,总重约1 300t。索网主索索长误差要求控制在±1mm以内,达到索长的0.1‰精度要求,且处于无应力长度安装。由于地形条件复杂,所有安装工作均在空中完成。为此,研制了能够高斜度爬升的挂篮等专用的施工装备。根据工程实际情况,索网安装按对称轴划分为5+1个区域,中心区为索网中心80m范围,先行利用支撑胎架独立安装索网;然后周边5个主区同时同步对称在空中施工。其中,施工通道为固定索道,承受较大荷载,施工索道则随安装进度不断转移。主索安装完毕后,通过边缘150根拉索调整以及张拉下拉索,调整索网成型。索网安装从2014年4月15日开始,至2015年2月5日结束,工程质量符合设计及规范要求,保证了500m口径天文望远镜安全、便捷、快速有效的安装。     

FAST反射面索网支承结构多点地震输入反应分析

地震传播至结构场地时会存在空间上的变化,考虑地震空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。针对口径500 m的射电望远镜(FAST)反射面索网支承结构,对其进行多点输入下的地震响应研究。采用现有较优地震动模型,模拟了338个模拟点处的地震动,采用线性内插法得到了2 395个FAST支座处的地震动。借助ANSYS分析软件,对FAST反射面索网支承结构进行了地震多点输入与一致输入的时程响应计算。分析结果表明:地震空间变化性在两个水平方向和竖直方向上对FAST反射面索网支承结构均有不同程度的影响,有必要同时考虑地震三个分量的空间变化性。在三维地震输入下,受地震空间变化性的影响,主索94.08%的应力增加,应力平均增加了87.04%,下拉索43.51%的应力增加,平均增加了21.88%,三维多点输入与三维一致输入下索的最大应力分别为835.43 MPa和671.10 MPa,均小于FAST用索的抗拉强度标准值;FAST反射面索网支承结构可以抵御预期地震作用。     

国家天文台FAST索网施工V区锚固平台研制

国家天文台500m口径球面射电望远镜FAST(five hundred meters aperture spherical telescope)是国家"十一五"规划建设的重大科学装置之一,其索网安装跨度500m,净高约130m,合计索根数8895根。FAST索网跨度大、索量多,要求精确度高,使得索网施工非常繁琐、复杂。V区锚固平台为FAST索网施工提供一个可移动的锚固平台,是索网施工过程中必不可少的关键设备。本文针对FAST索网施工对V区锚固平台的要求,使用ANSYS有限元软件,通过先进的结构优化设计和悬索找形方法,解决了V区锚固平台结构设计过程中的多个难题;创新地解决了V区锚固平台锚固和移动的问题;最终出色地完成了V区锚固平台的研制,为FAST索网施工提供了有力保障     

江宁国家电网玻璃幕墙拉索结构设计与优化

南京江宁国家电网玻璃幕墙采用单层平面索网索结构,拉索为不锈钢材质,与常规玻璃幕墙相比,其具有索网面积大、变形控制难的特点.原索网结构由于不锈钢拉索应力松弛大、拉索高空张拉技术难等缺点,故需对其优化设计.通过调整索网结构布置、改变索材等,设计了几种优化方案并与原方案进行对比研究,包括索网结构内力和变形的对比分析,并考虑了结构局部变化对结构性能的影响.分析研究表明,索材替换对索网拉索的内力和变形影响不大,而索网支撑布置的变化对索网的结构性能影响较大.     

FAST主动反射面支承结构总体方案研究

针对国家重大科学工程500m口径球面射电望远镜（FAST）主动反射面的工作特点,提出了整体索网与背架结构共同支承反射面的结构方案,对四边形及多种三角形球面索网网格划分方式进行分析和比较,确定了短程线型网格为优选划分方式;以反射面拟合精度及系统控制最易为综合目标,确定了球面索网的网格尺寸及背架结构最优半径等;对单根控制下拉索和3根控制下拉索两种方案从主动反射面的变位功能、索网结构的力学性能等方面进行了详细对比,确定了采用下端设置促动器的单根控制下拉索,实现反射面基准态的成型和工作态的变位。     

国家天文台FAST反射面支撑索网安装环向缆吊支腿设计与应用

国家天文台FAST工程主动反射面采用大型索类结构,主动反射面主要由6670根拉索、2225个节点和2225根下拉索组成。因受复杂地形的制约,本工程的主动反射面索网安装采用可以随索网安装而不断移动的施工索道。施工索道上端锚固在圈梁移动台车上,下端锚固在环向缆吊支腿上。在施工期间,施工索道作用在环向缆吊支腿上的载荷较大,而且大量施工人员在施工索道上作业,环向缆吊支腿的稳定性至关重要,同时还要考虑将交叉作业的影响范围降至最小。故本文针对施工索道的下端环向缆吊支腿进行设计和计算分析     

天文台圈梁移动台车设计及应用

本文介绍了在贵州天文台射电望远镜FAST主动反射面主体支承结构索网架设工程中,一种能在圆形轨道上移动的特种锚固装置圈梁移动台车的设计及应用。该移动台车是索网架设工程在圈梁上的锚固装置,它用来锚固施工索道(挂索索道和吊篮索道)以及牵引径向索的钢绞线张拉端反力架,而它们的另一端则锚固在圈梁中心的塔架和猫道V型平台上。该移动台车用固定装置有效的固定在圈梁上,台车采用平面桁架结构体积小重量轻便于在圈梁上移动,也有利于把自身承受的索力有效的转移到了圈梁上,而极大改善了自身的受力状况,台车配有斜坡轨道可让运索车从其上经过,保证了交叉立体作业的安全。     

FAST工程索网主索疲劳性能研究

为研制出能够满足FAST工程要求的高耐疲劳性能主索,对索网主索的疲劳性能进行创新性研究,并通过拉索疲劳试验验证主索原材料、锚具结构、索体结构及关键制造工艺的创新性设计与改进,实验结果证实,改进创新后的索网主索能够承受的最高疲劳应力幅可达500MPa,满足了FAST工程的高耐疲劳性能要求。     

FAST30m模型张拉成形健康监测研究和应用

FAST(five-hundred-meter aperture spherical telescope)是500m口径、具有主动反射面的巨型射电望远镜。作为先期验证模型,其30m缩尺模型采用整体索网结构作为反射面支承结构,为保证结构的安全性、苛刻的精度等要求,对其张拉成形过程进行健康监测。针对结构特点以及张拉方案,布设相应传感器,研究并提出了有效、实用的结构安全评定方法,在此基础上,综合运用Matlab、ANSYS、SQL2005等软件开发了结构健康监测系统,实现了可视化操作、自动安全预警、结构模型实时修正以及数据库等功能。最终该系统成功应用在FAST 30m模型索网张拉成形过程中,准确评估张拉各阶段的结构安全性,切实确保了安全施工,及时计算各阶段反射面成形精度,为精度控制提供了科学依据,为FAST原型结构健康监测和索网张拉施工积累了工程经验。     

基于FAST超大索网高空编制用柔性索道锚固系统的设计与应用

本文主要介绍了在贵州天文台射电望远镜FAST主动反射面主体支承结构架设中,一种能为锚固器(V型锚固平台)提供锚固点以及能使锚固器自由滑动至自身线形内任意位置的柔性索道锚固系统的设计及应用。该柔性索道锚固系统是索网架设工程中连接索网底部与圈梁的空中索道,它用来提供索网架设过程中V型锚固平台在不同节段的锚固点。该系统由4根钢丝绳索道组成,上端锚固以抱箍的形式固定在圈梁的弦杆上,下端以带调节装置的插销形式固定在索网底部的独立塔架上。施工过程中可以调整柔性轨道锚固系统索道线形确保V型锚固平台处于最佳挂索位置     

500 m口径球面射电望远镜索网结构形态和受力分析

500m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)是国家重大科技基础设施项目。口径500m、半径300.4m的球冠形索网是FAST反射面的主体支承结构。通过促动器的主动控制,索网可以在标准球面和不同抛物面之间转换,即索网为可主动变位的结构。针对FAST索网结构设计中由主动变位引起的形态分析和轻量化需求等问题开展研究,提出了目标位形应变补偿法,统一了球面基准态和抛物面态的形态分析方法,解决了多目标位形索网结构的形态分析问题;提出预应力优化方法,将球面基准态最大索力降低了29%;研究了索网球面基准态和抛物面态的受力性能,并与实测结果进行对比,索力吻合较好,50%以上钢索索力相对误差在5%以内。