弦支穹顶施工张拉的理论分析与试验研究

弦支穹顶由单层网壳和其下部索杆组成。为了准确、可靠地指导弦支穹顶结构的实际施工,确保施工的顺利进行,依据各单元在初始态与零状态下无应力长度之差确定的原则,提出弦支穹顶结构的正向施工模拟计算法,并利用一跨度为8m的缩尺模型进行单根斜索逐根张拉成型的试验研究,整个张拉过程表明:单根斜索逐根张拉虽张拉次数较多,但张拉控制较为方便,能够很好地验证提出的施工模拟理论。试验结果表明:在张拉成型过程中,张拉控制的理论计算值与实测值吻合良好,说明提出的正向施工模拟计算法可便捷准确地模拟实际结构的施工。     

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.     

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。     

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。     

某体育馆弦支穹顶拉索施工研究

弦支穹顶由上部网壳与下部的张拉索杆体系构成,预应力索网布置和预应力分布较复杂。以山东某体育馆为例,进行施工全过程分析,研究了环索分批张拉过程中结构的内力和变形。确定了合理的张拉方案及其施工参数。     

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。     

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。     

弦支穹顶结构施工技术及施工全过程模拟方法

弦支穹顶结构由于拉索的存在,其施工阶段的力学性能与其使用阶段不尽相同,其受力状态可能更为不利。通过系统研究弦支穹顶结构实际工程的施工工艺,提出包括施工顺序、预应力张拉施加方式、临时支撑系统和预应力张拉方式等4个关键施工参数,研究了弦支穹顶结构张拉环索受力机理,并根据此张拉机理和所提关键施工参数建立了有限元分析的时变模型,编制了相应的计算程序。算例分析表明,应用该计算模型和方法,可以对弦支穹顶结构的施工过程进行精确控制,具有较强的适用性。     

弦支穹顶结构的形态分析问题及其实用分析方法

寻找弦支穹顶在零状态下的几何构形与计算时所需施加的初应变值是其形态分析的主要目的。基于零状态下所需求解参数的不同,将其形态分析问题分为:找力、找形、找力+找形三类。这三类问题基本覆盖弦支穹顶结构中所有可能出现的形态分析问题。利用较为成熟的数值分析理论针对找力与找形这两类问题,进行计算公式的推导,并通过找力与找形的组合成功地解决了找力+找形问题,最后给出求解这三类问题的计算流程。按计算流程对同一结构模型分别进行找力与找力+找形分析。计算结果表明:由结构在零状态下施加的初应变值换算而来的内力,经内力重分布后与初始态下内力在数值大小与分布上均有较大差别,所以弦支穹顶结构的找力分析是必需的。结构经找形后在零状态下的单元下料长度与结构在已知几何构形下的单元长度相差甚微,但部分节点坐标值在两个状态下却有较大差别,建议结构在建造时可直接按已知几何构形来进行下料,但应按找形后的计算结果进行放样安装。     

索网穹顶静动力分析及施工模拟

索网穹顶系国内首次采用新型结构形式,体系较为复杂,静动力分析及施工过程动态模拟显得特别重要。基于非线性有限元分析方法,本文对结构主次索网的协同工作性能进行了分析,并对动力性能做了深入探讨。鉴于索网穹顶结构施工成型的难点,运用ANSYS软件跟踪模拟分析施工过程中结构的响应,对类似结构的工程施工设计具有一定的参考价值。     

2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构预应力施工技术

北京工业大学羽毛球馆为2008年奥运会比赛场馆之一,采用弦支穹顶结构。详细介绍了该工程的预应力施工技术,结合施工仿真计算和实测结果,提出了结构的预应力施工技术和特点。     

大跨度索穹顶结构模型静力试验研究

以内蒙古伊旗全民健身体育中心工程为研究对象,设计制作了1∶10缩尺肋环型索穹顶结构试验模型,研究了模型结构张拉成形后在设计荷载作用下的力学性能,将ANSYS数值模拟加载和模型加载结果进行了对比分析,获得了模型静力响应的变化规律及活荷载不对称分布对结构整体静力性能的影响。研究表明：索穹顶结构在外荷载作用下,脊索存在应力减小的现象;结构可随荷载的变化不断调整预应力的分布状态;作为柔性空间体系,对非对称荷载作用十分敏感;结构在设计荷载作用下, 结构构件均处于安全的工作范围内;数值模拟结果与试验值吻合较好,验证了数值模拟的正确性和结构设计的合理性。     

索穹顶结构施工动态模拟

内蒙古伊旗全民健身体育中心屋顶采用大跨度索穹顶结构,其施工精确模拟难度较大。针对工程施工方案,采用机械多刚体系统动力学分析方法,实现了对索穹顶结构整个施工过程的动态模拟。该施工模拟技术的特点是能获得在整个仿真时间段内所有构件的位置、速度、方位和内力值随着时间的连续变化曲线,即每一时刻整个结构体系的形状和预应力分布,可以检验是否有力学指标突变或机构锁死的问题。通过动态模拟结果和现场监测结果的对比分析,证明了该施工模拟技术的正确性。     

索穹顶结构整体张拉成形模型试验研究

索穹顶结构既可以通过对所有拉索施加预应力完成对结构预应力的施加,也可以通过对部分拉索施加预应力,其他拉索被动受力达到整个结构被赋予预应力,根据索穹顶结构预应力施加的不同方法,探讨索穹顶结构预应力成形过程。采用不同的预应力施加方法对结构进行全过程仿真分析,表明结构的最终内力和位形与预应力施加方法无关。结合内蒙古伊旗全民健身体育中心索穹顶实际工程,制作了1∶4的试验模型,按照地面组装、分步提升、整体张拉的思路,采用ANSYS数值模拟对成形过程进行了全过程仿真分析,对索穹顶张拉成形方法进行验证。通过在模型试验过程中合理布置拉力传感器对结构从拼装到成形的全过程进行内力跟踪监测,监测结果与仿真分析结果吻合较好,从试验模型的内力变化曲线可找到内脊索开始受力即为结构由机构转变为结构的转折点。     

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。     

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。     

铝合金板式节点网壳稳定承载力试验研究

为研究铝合金板式节点刚度对单层球面网壳整体稳定性能的影响,制作一个跨度为8m、矢高为0.5m的K6型网壳模型,对网壳顶点施加4次单向循环荷载。试验结果表明,加载初期网壳表现出超刚性特征,即其刚度大于刚接节点网壳刚度;而后的节点螺栓滑移变形会降低网壳刚度,螺栓滑移引起的网壳变形很大且不可恢复。网壳的失稳属于整体跳跃失稳,但网壳屈曲后可继续承载,且荷载可进一步增大。最后一次单向循环加载时网壳因顶点杆件下翼缘的拉裂而破坏。另外,随着循环荷载逐级增大,网壳再加载初始刚度都有一定弱化。采用ANSYS有限元软件建立网壳分析模型,采用BEAM 188单元和COMBINE 39单元模拟考虑节点半刚性的铝合金板式节点网壳杆件,节点弯矩-转角关系曲线采用四折线模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。