劲性支撑穹顶结构设计施工一体化分析

劲性支撑穹顶结构是一种新型的预应力空间结构,上层为索网体系,下部为刚性杆支撑体系,除撑杆外均为高强钢拉杆。从工程应用的角度,提出劲性支撑穹顶结构的设计施工一体化分析方法和步骤,并指出其中的关键问题。指出几何形状确定的关键参数是跨度、矢高、环向等分数、径向分格数以及节点坐标,依据工程实际、相关规范以及高强度钢拉杆材料的具体要求,确定各参数。并给出一种新型的撑杆下节点及关键参数的确定方法、中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法和安装步骤。最后应用FEDR(finite element dynamic relaxation)法对施工过程进行成形分析。研究成果可为劲性支撑穹顶结构工程实际的设计与施工提供必要的理论参考。     

劲性支撑穹顶结构找形分析

针对索垂度在施工成形过程中不可忽略的问题,采用悬链线单元模拟索,依据胡克定律、小应变假设和变形协调方程等条件,推导了索原长的计算公式,给出了一种已知任意一个正值求解索原长度的二分法。在正交索网结构中,采用该二分法求得的索原长与已知条件给出的索原长进行对比,其误差均不超过0.16%,且不同初始值计算得到的索原长差别不大。针对劲性支撑穹顶结构的找形分析问题,给出了一种FEDR法,即有限元动力松弛法,以期提高动力松弛法的计算精度和可靠性。给出了找形分析的求解策略,并通过FORTRAN语言和ANSYS的APDL语言编制找形分析程序。对正交索网和跨度为71.2m设两道环杆的肋环型劲性支撑穹顶结构进行找形分析,ANSYS有限元分析与FORTRAN语言找形程序求得的杆件内力进行对比,其误差均不超过0.42%。     

劲性支撑穹顶结构施工成形及力学性能试验研究

为研究劲性支撑穹顶结构的施工方法及力学性能,设计了直径为6 m环向8等分的肋环型劲性支撑穹顶结构模型。采用中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法,分别对有临时支撑和无临时支撑两种情况下结构的施工成形过程进行施工试验和监测,并对其进行施工成形分析;对8个方向、4个方向和2个方向的对称张拉方案进行研究;进行了满跨和半跨的静力加载试验,并与有限元分析结果进行对比。结果表明：提出的施工方法充分考虑了劲性支撑穹顶结构的特点,简单高效,可应用于实际工程;设临时支撑和不设临时支撑结构模型的杆件内力和节点坐标的有限元动力松弛（FEDR）法计算结果和试验值吻合较好;不同张拉方案试验值和FEDR法计算值相差均在7.8%以内,因此可依据实际工程的需要,选取适当的对称张拉方案;有限元分析结果与静力试验结果基本吻合。