弦支穹顶结构屋盖预应力施工技术

巨型网格弦支穹顶结构常作为大跨度公共建筑屋盖的结构形式.弦支穹顶结构一般由上部的刚性网壳与下部的索撑体系组成.对于下部的索撑体系结构而言,其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中的核心内容.以大连市体育馆屋盖结构为例,分析了制定张拉方案及张拉次序所应考虑的影响因素,研究了多道环索预应力张拉全过程索撑体系内力值的变化规律,同时依据数值分析结果评估了该张拉方案的可行性.     

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。     

某弦支穹顶结构预应力索施工模拟与分析

以济宁市综合体育馆弦支穹顶结构为实例,采用施工反分析方法对预应力张拉过程进行有限元模拟分析,对比分析了不同张拉位置、张拉顺序和张拉分级时结构控制节点的竖向位移和屋盖上部杆件最大应力比变化,得出了不同张拉方案对弦支穹顶结构的影响结果,提出了弦支穹顶预应力施加方法的建议。     

大跨度弦支穹顶结构施工技术研究

弦支穹顶结构的施工分为上部网壳的安装和下部索杆结构的预应力张拉,网壳的安装有高空散装法、整体顶升(提升)法等,高空散装需要搭设满堂脚手架,整体提升需要专业的顶升设备。预应力张拉方法有环向张拉法、径向张拉法和撑杆顶升法,每种预应力施工方法都有与之相对应的施工条件,若竖向撑杆和径向拉杆较多,适合采用环向张拉法,若环索张拉需要的力超过张拉机具所能提供的拉力,则可采用撑杆顶升或径向张拉法。     

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.     

2008奥运会羽毛球馆索撑节点预应力损失分析研究

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式施加预应力,环索与撑杆相连的索撑节点的设计、构造与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。本文分析了索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行了研究。利用ANSYS对环索和索撑节点进行了带摩擦的非线性接触有限元分析,并通过实际施工监测数据反算了预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行了对比,并分析了预应力损失值偏大的原因。对张拉环索的弦支穹顶索撑节点提出如下建议:索撑铸钢节点的加工制作应采用精密加工,确保节点几何尺寸严格满足设计要求;索撑节点构造应进行改进,减小环索张拉时的预应力损失;在加强加工制作精度和施工质量控制的情况下,建议索撑节点预应力损失设计取值为5%~6%左右。     

大跨度椭球形弦支穹顶预应力张拉成形方法对比分析

针对常州体育馆大跨度椭球形弦支穹顶的施工成形过程,采用ANSYS有限元软件进行仿真模拟分析.通过比较张拉工装、张拉误差及施工工艺的难易程度,选择一种对于该类结构而言较为优化的张拉成形方法.根据张拉过程分析及三种施工工艺的对比分析得出,运用环向索张拉成形的施工方法能够比较准确的使结构在张拉后达到设计所需的预应力态.同时采用环向索张拉设备少,可以较好的控制张拉后的环向索线形.     

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。     

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶预应力张拉模拟施工过程分析研究

对于大跨度弦支穹顶结构,预应力张拉施工过程实际上是几何体系由机构(准机构)变为可承担设计荷载的结构体系过程。该类结构体系的安全控制有别于常规结构体系,它需要对结构的设计状态即最终使用状态进行控制,同时应研究预应力张拉施工过程中结构的力学性能,并对结构几何成形过程中的安全性进行控制。本文以2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶屋盖为研究对象,应用分步一次加载法和单元生死法两种不同的计算方法对弦支穹顶结构的预应力施工进行全过程模拟计算,分析了在预应力施工过程中结构位移、环索内力和径向拉杆内力变化规律,确认了张拉施工过程的安全性;得出分步一次加载法时结构力学响应大于单元生死法时结构力学响应的结论;证明弦支穹顶整体结构设计采用分步一次加载法是偏安全的。     

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.     

河北北方学院体育馆弦支穹顶结构预应力施工过程分析

河北北方学院体育馆钢结构屋盖采用弦支穹顶结构,该结构体系由上部单层网壳和下部索杆构成。结构上部单层网壳为凯威特型和联方型结合布置,网壳高度为25.36 m;下部弦支索杆体系为Levy体系,设置5圈环索、6道径向钢拉杆,最内圈径向钢拉杆与中心撑杆连接。为掌握结构特性,采用ANSYS有限元软件对该结构的环向索预应力张拉过程进行了施工仿真计算,分析了预应力张拉施工过程中的索力、结构变形、钢结构应力和可滑移支座位移等情况,从而确保了结构在施工过程中及使用状态下的安全。     

2008奥运会羽毛球馆预应力损失对结构体系影响分析

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式进行预应力施工。由于加工制作安装技术难度大,环索与撑杆相连的下节点之间的实际预应力损失比设计取值偏大,引起环索各段索力不均。本文通过在环索节点和撑杆下节点间耦合自由度并增加变刚度弹簧单元来模拟预应力张拉时环索带摩擦滑移,利用此方法可以在有限元模型中模拟施工监测得到的各段环索预应力损失;在此基础上进一步分析了预应力损失对弦支穹顶结构的内力、变形以及整体稳定的影响。研究表明:预应力损失造成径向拉杆内力发生大幅度变化;造成钢网壳内力分布不均匀;对结构的整体变形影响不大,只是使同圈的结构变形不均匀;使结构的整体稳定性能下降20%左右。     

基于位移补偿法的某椭圆形弦支穹顶施工模拟及监测研究

针对弦支穹顶结构施工模拟中的形态分析问题,采用改进的基于模型方程的位移补偿法,以2017年全运会场馆天津中医药大学新建体育馆弦支穹顶结构为例,采用ANSYS有限元分析软件的APDL程序编程进行形态分析。结果表明该方法收敛速度快,预应力平衡态与设计态的最大位移和最大索力相对差更小,能控制放样态结果离散性。通过对比分析确定了适用于不连续支承椭圆形弦支穹顶结构体系的张拉方法为径向拉杆张拉法,预应力张拉分为20%、70%和100%设计张拉力共3级,且对于每级每圈径向拉杆又细分为1~8步不等。按照施工方法与流程对该结构进行施工全过程模拟分析,并将施工模拟结果与施工监测结果进行对比。结果表明索力、应力、网壳起拱值、支座位移以及撑杆垂直度的监测值和有限元施工模拟结果吻合较好。     

弦支穹顶结构设计分析

弦支穹顶是由上部单层网壳和下部预应力索杆体系组成的空间结构。结合体育馆屋盖的设计,对采用的弦支穹顶结构进行始态、荷载态、地震作用分析。讨论弦支穹顶设计的基本过程,并对索所需的预应力大小进行分析设计。计算结果表明,弦支穹顶结构具有良好的受力性能和经济性能,满足建筑造型的要求。     

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。     

弦支穹顶结构研究进展与工程实践

弦支穹顶结构是基于张拉整体概念并综合了单层网壳和索穹顶结构的优点后发展起来的一种预应力大跨度网格结构体系。本文在分析弦支穹顶提出的背景和力学原理的基础上,论述了国内外对弦支穹顶结构形态分析、优化设计、静动力性能、施工控制理论及其试验研究等方面的研究进展,总结了弦支穹顶相关的研究内容和研究结论。结合国内外近20项实际工程的应用,对弦支穹顶的跨度、上部网壳结构形式、下部张拉整体部分的布置、预应力施加方式、撑杆上节点和撑杆下节点等结构特性进行了分析总结,针对目前常用的预应力设计方法、节点构造、预应力张拉方案,提出了供工程应用参考的建议。指出了温度效应研究、考虑索撑节点滑移摩擦的动力反应分析、索力的测试及其补偿技术、超大跨度弦支穹顶设计理论等5项亟待解决的弦支穹顶关键课题。     

两种布索方式对双椭型弦支穹顶静力性能影响的试验研究

双椭型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。为进一步研究不同布索方式对双椭型弦支穹顶结构静力性能的影响,对一长轴6.7m,短轴5.1m的双椭型弦支穹顶结构,对影响该结构静力性能的两种布索方式进行了分析,结合试验数据,得出了布两圈索杆时,结构的最大竖向位移、最大环向杆轴力均得到较好的改善,下部索杆体系满布,并不能最好地改善结构的受力性能。     

索穹顶结构张拉找形与承载全过程仿真分析

索穹顶结构的预应力张拉过程是几何体系由机构变成结构的过程。首先,从预应力施工张拉方式实现既定结构成形态、确定结构成形态满足正常使用和安全要求、优化预应力度选定合理结构成形态三个方面,应用重启动计算分析方法,对索穹顶结构进行预应力张拉找形及承载全过程仿真分析。分析表明,采用不同的预应力张拉方式可以达到相同的既定成形态,这为制定预应力张拉施工方案创造了灵活的技术空间。其次,通过对索穹顶结构在不同预应力度下承载全过程仿真分析,得出工程采用的预应力度是安全合理的,并提出结构设计各阶段体系弹塑性性能指标。最后,针对不同跨度索穹顶结构,通过确定结构初始几何形态的初始预应力度P0,以P0为基本模数分析不同预应力度下结构的弹塑性性能,得出索穹顶结构初始预应力为（7.5～10）P0的设计方法。以上研究方法和结论在我国大陆地区首座大跨度索穹顶结构工程--内蒙古伊旗全民健身体育中心工程中实现应用。     

大开口车辐式索承网格结构预应力施工技术研究

针对适用于体育场类建筑的大开口索承网格预应力空间结构体系,对此结构体系进行了施工分析,研究表明:此类结构体系的上弦钢结构为近似瞬变结构,索杆体系对其整体结构的刚度形成具有显著效应;且张拉施工的不同批次拉索间索力相互影响不容忽视,其结构性能与封闭式弦支穹顶结构差异较大。采用参数化有限元法,针对各张拉级数和张拉批数的张拉方案、各外立面钢结构卸载时机的施工方案、各斜撑安装时机的施工方案,分别进行了施工全过程仿真分析,研究了结构的整体位移、撑杆摆动、拉索索力、杆件应力以及临时支架反力等的影响;并综合考虑施工工艺可行性、经济性,得出此结构体系最佳的张拉方案为三批四级张拉方案、最佳的外立面卸载时机为外立面安装完成后、最佳的斜撑安装时机为预应力张拉完成后。并采用随机误差分析法,选取环索长度以及径向索索力作为控制目标进行耦合分析,确定了各控制项目的允许限值,并明确此结构预应力施工需进行力和位移双控。     

索穹顶张拉过程中环索滑移分析的驱动索单元法

索穹顶结构在张拉过程中一般采用分批分级张拉斜索的方式.由于索穹顶结构的环索通常采用连续布置方式,当相邻分批张拉索的内力差作用在环索节点上的分量超过环索与索夹间的最大静止摩擦力后,会引起环索与环索夹之间的滑移.由于环索往往是索穹顶结构中预应力最大的构件,其滑移会对整体结构的内力分布和位形产生严重影响.在准确计算分析的基础上优化张拉方案,控制环索滑移对整体结构的影响是索穹顶结构能否张拉成形且满足设计要求的关键问题.本文提出基于向量式有限元的驱动索单元法进行索穹顶张拉全过程模拟,分析环索滑移对结构内力和位形变化的影响.