弦支穹顶局部环索断索动力冲击效应试验

针对弦支穹顶结构在使用过程中可能遇到的环索断索问题,对弦支穹顶模型开展了局部环索断索动力冲击效应试验.通过对比环索不同初始预应力和不同索撑节点约束条件下的断索动力冲击效应,得到了局部环索断索对结构杆件内力和位移的影响及其规律.试验结果表明:断索点附近的杆件受到断索的影响会发生一定的运动和震荡,其内力也会发生波动,且索力越大、节点约束越弱,波动幅度越大;当索撑节点处无约束时,局部断索会引起结构整体的剧烈震动,且拉索在索撑节点处会发生较大的滑移,造成整圈环索内力大幅降低,严重影响结构安全;对于弦支穹顶结构,杆件内力的动力放大系数与结构杆件类型、位置、环索初始预应力水平、节点约束等均有关,需通过试验研究或动力分析等方法来准确获得.     

宣城体育馆弦支穹顶结构预应力施工研究

预应力张拉施工技术是弦支穹顶结构建造过程的关键技术之一,预应力拉索张拉施工质量直接影响结构的成型状态。采用有限元软件对宣城市体育馆弦支穹顶结构施工过程进行了全过程模拟分析,并用频率法对拉索张拉施工过程中的索力进行了跟踪监测,然后将有限元模拟得到的索力计算值与实测值进行了对比分析,分析结果表明,张拉完毕后建立的拉索有效预应力实测值与计算值较吻合,采取的张拉施工方案合理有效。     

拉索失效对多重四边环索-张弦穹顶的影响

多重四边环索-张弦穹顶结构作为一种新型的索支穹顶结构,拉索失效会对屋盖结构受力产生较大影响.以全国首座三重四边环索-张弦穹顶屋盖(福州海峡奥林匹克中心体育馆屋盖)为研究背景,研究了拉索失效对于此类新型索支穹顶结构的竖向刚度、构件内力及极限承载能力的影响规律,并评估单根拉索失效后屋盖结构的安全性.分析结果表明:拉索失效均会引起屋盖显著下挠,各种工况中外环索失效会引起最大的屋盖下挠,但是,不同拉索失效后屋盖竖向变形分布规律相差较大;外环索和张弦索的失效会引起相邻拉索索力不同程度的增大;外环索与张弦索的相互影响大于各环索之间的相互影响;不同位置的拉索失效均会引起屋盖极限承载能力下降,外环索失效引起结构极限承载力下降最显著;"仅单侧张弦索失效"会引起较"两侧张弦索均失效"更不利的屋盖挠度和极限承载力.总之,外环索失效为最不利拉索失效工况,会引起屋盖最大挠度增大134%,张弦索索力增加11.7%,极限承载力减小35%.但是,剩余整体屋盖结构仍具有一定的安全性.     

新型环箍穹顶全张力结构局部断索抗连续倒塌性能分析

为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载卸载法分析得到了该结构不同类型拉索破断后剩余结构的动力响应,包括结构位形、节点位移及构件内力等.分析结果表明,利用向量式有限元法能够有效地进行结构局部断索后的动力响应分析;张拉整体单元的拉索破断主要影响所在单元附近的拉索,不会形成连续倒塌;索穹顶内部的拉索破断对周边张拉整体结构影响较小,新型环箍穹顶索杆张力结构具有较好的抗连续倒塌性能.     

Levy型劲性支撑穹顶自振特性试验

劲性支撑穹顶结构是近年来在索穹顶结构的基础上提出来的一种新型结构体系,它把索穹顶结构下部的拉索全部用高强钢拉杆代替,既保留了索穹顶结构造型美观、构造轻盈等优点,同时又解决了柔性索穹顶在张拉成形过程中杆件定位难且由于无预应力而导致的无整体刚度的问题.为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的自振特性,本文设计了一个6 m跨度的Levy型劲性支撑穹顶结构,并在试验场地张拉成型,同时测得实际内力与设计内力误差基本在1%以内.以这个试验模型为研究对象,采用激振器正弦激励法测定了该结构在初始预应力、满跨荷载以及半跨荷载3种荷载状态下的自振特性,得到了该结构在不同荷载状态下自振特性的变化规律.结果表明:该Levy型劲性支撑穹顶自振频率均较为密集,与索穹顶结构相似,验证了劲性支撑穹顶结构张拉成型的可能性与体系的合理性;不同状态下该Levy型劲性支撑穹顶自振频率理论值与试验值误差较小,均在±6%以内;在全跨荷载和半跨荷载分别作用下,低阶频率随荷载增加而增大,高阶频率随荷载增加反而有一定的降低趋势;该Levy型劲性支撑穹顶结构阻尼比基本在0.0081～0.0132之间,建议具有与该Levy型劲性支撑穹顶试验模型相似结构形式的Levy型劲性支撑穹顶在实际动力响应分析过程中阻尼比取0.01.     

多重四边环索-张弦穹顶屋盖索力张拉方案比选

以首个多重四边环索-张弦穹顶屋盖工程——福州海峡奥林匹克体育中心体育馆为工程背景,对不同索力张拉方案进行比较研究.建立三维有限元分析模型,采用降温法模拟索力张拉施工过程,对比分析不同索力张拉方案下屋盖结构的响应变化规律.分析结果表明,在张拉过程中,多重四边环索-张弦穹顶屋盖的内力和变形受索力张拉顺序影响较大,但是,最终受力及变形状态相差不大.针对张拉过程而言,方案1屋盖竖向变形、网格梁内力均比方案2更加合理.因此,考虑施工中屋盖结构的合理性,建议采用"外环索-中环斜索-内环斜索-张弦索"的索力张拉顺序.     

弦支穹顶结构预应力张拉摩擦损失影响分析

弦支穹顶结构采用张拉环索方式施加预应力时,在索撑节点处因滑移摩擦产生预应力损失值大小的确定是结构成形理论中重要内容之一.以河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖为研究对象,基于改进的冷冻升温环索预应力摩擦损失算法,建立索撑节点摩擦因数为0.03、0.1、0.2、0.3、0.4的5种计算模型,探究索撑节点滑移摩擦大小对弦支穹顶结构内力及变形等参数的影响.研究结果表明:弦支穹顶结构张拉全过程中,取5种不同摩擦因数时各圈环索预应力变化趋势基本一致;结构第1~2两内圈环索因相邻索段间夹角较小使得索撑节点处滑移摩擦力增加,导致索撑节点平均预应力损失分别高达20.50%、15.19%,此值均大于取相同摩擦因数时的3~5圈环索;下部索撑体系的撑杆和拉杆最大应力随摩擦因数增加均逐渐增大且皆出现在屋盖短轴两端;索撑节点摩擦因数取值大小不影响上部网壳竖向位移分布规律,且对网壳下凹和上凸最大位移值影响很小;上部网壳采用类圆角矩形拓扑结构导致网壳节点竖向位移在张拉过程中,位于第3圈环索以内沿环向和径向上凸且呈均匀对称发展,周边支座至第3圈环索区域的网壳节点位移由长、短轴两端上凸向45°方向逐渐凹陷.     

马鞍形边界刚性屋面椭球形索穹顶受力性能分析

天津理工大学体育馆屋盖采用马鞍形边界刚性屋面椭球形索穹顶结构,本文以此为工程背景分析了屋盖在全跨均布荷载和半跨均布荷载下的受力特点,得到了位移和内力.考虑屋面系统后结构的刚度有较大提高,刚性屋面索穹顶结构设计中需要考虑屋面系统的作用.对预应力水平、水平支承刚度和撑杆高度进行了参数分析,结果表明:几何刚度对刚性屋面索穹顶整体刚度的影响小于对纯索穹顶的影响;撑杆高度对结构刚度的提高作用大于预应力水平的作用,实际工程中应优先采用提高撑杆高度的方式来提高结构刚度,在满足结构需求的条件下预应力应尽量小;边界刚度对索穹顶结构性能有较大影响,环梁边界的刚度无法达到3向铰接,结构的设计计算中应考虑弹性边界.     

葵花双撑杆型索穹顶预应力及多参数敏感度分析

提出了一种新颖的葵花双撑杆型索穹顶结构,具有斜索数量少、施工张拉成形方便、可有效防止环索滑移等显著特点;基于节点平衡方程,给出了全套预应力态索杆内力的递推计算公式,对结构的下弦环索数、矢跨比、下弦节点位置、是否开设内孔等参数做了72个算例,并验证了预应力态索杆内力计算公式是精确解.分析结果表明,结构预应力态时索杆内力从内圈向外围是成倍递增的;下弦节点位置沿竖向与水平向发生改变后,均使预应力态索杆内力发生较大的变化;矢跨比在0.1～0.2范围内时,矢跨比对索杆内力的影响较小;说明了结构矢跨比、结构中部是否开孔属非敏感性参数,而下弦环索数、下弦节点位置则属敏感性参数,在进行结构设计时应重点考虑.该结构形式的提出为索穹顶的选型、设计计算和施工提供了新方案、新思路.     

滑动环索连接节点在弦支穹顶结构中的应用

提出了弦支穹顶结构滑动环索节点的连接方式 ,应用冷冻升温结构分析方法研究其受力性能 ,并与非滑动环索连接节点的计算结果进行对比 .计算结果表明 ,当结构承受半 (偏 )跨荷载时 ,滑动环索的连接方式对上部网壳结构的受力性能几乎没有影响 ,但却可以大大降低环索、斜索和撑杆的内力幅值 ,使其均衡 ,极大地改善弦支穹顶结构的受力性能     

康济桥的施工控制

描述了金华康济桥施工控制的张拉过程,研究了自锚式悬索桥施工中的力学特性,发现当加劲梁未被张拉脱离支架时,张拉吊杆对非张拉点主缆的位移影响很小,可以忽略不计,因此在前期张拉吊杆时,可以用位移来控制;提出了交替前进张拉法并将其运用在实际施工中,仅通过3轮张拉吊杆就顺利地实现了体系转换,使主缆的线形、加劲梁的线形、索鞍的顶推量和吊杆力都达到了设计的要求.该方法准确、高效,具有广泛的应用前景.     

缆索吊装系统主索的受力与变形计算

针对目前悬索理论复杂、不便于施工技术人员掌握的特点,本文提出了一种计算缆索吊装结构受力和变形的简易方法,并应用该方法进行了案例分析,准确计算出主索系统的拉力、挠度和安全系数,验证了该方法的有效性.本文提出的简易计算方法有助于施工单位设计缆索吊装系统,还可用作施工现场控制的依据,提高施工的安全性.     

环形辐射状预应力张弦梁钢屋盖张拉优化

为确定结构的刚度特征及各榀张弦梁下弦拉索之间索力影响关系,采用了传统的顺序张拉法对某体育馆环形辐射状预应力张弦梁钢屋盖进行了分析.结果表明该结构较柔,导致了各拉索之间索力影响较大.根据该结论,按照对称均匀的原则选取了3种张拉方案,即一阶段张拉、两阶段张拉及三阶段张拉,运用逆向分析思路对下弦拉索进行虚拟张拉的对比仿真分析,分析过程中对拉索索力及结构位移进行了全过程的动态追踪,得出方案三为最优方案,并指出对于柔性预应力钢结构应采用逆向分析思路进行仿真分析,确定合理的张拉顺序及张拉级别有利于结构的受力与变形,并保证施工阶段结构的可靠度.     

一阶优化法在拱桥施工控制中的应用

大跨度拱桥施工可以采用的一种方法是悬臂浇注,它采用挂篮施工,并张拉扣索对裸拱线形控制.为了充分发挥拉索的力学性能,节约物资,应力求扣索的张拉力在每个施工段相等.但是,由于整个结构是超静定的,计算困难.采用ANSYS中的一阶优化法对扣索进行优化计算,经过多次迭代计算使扣索的拉力接近相等.     

基于悬链线元的索穹顶形状精确确定方法

针对目前索穹顶结构研究中其形状确定方面所存在的不足,提出了基于悬链线元逆迭代的精确修正技术,可以精确求得预张力;使其能在考虑索杆自重的情况下,在给定的初始几何位置上严格平衡.由于刚度矩阵形成和已知索的预张力情况求解索原长是运用悬链线元进行结构分析时需要解决的两个先决问题,首先根据目前文献中处理这两个问题的不足,提出了具有大范围收敛性的刚度迭代技术和不需迭代的索原长高精度求解方法;在此基础上引进逆迭代方法,建立了基于悬链线元的逆迭代形状精确确定方法.最后编制程序对算例进行验证,结果表明这一方法精度极高,且收敛速度快,收敛性好.     

基于向量式有限元的大跨度钢结构施工力学分析方法

针对大跨度钢结构施工容易产生刚体位移等强烈非线性过程的特点,采用向量式有限元分析方法进行施工过程模拟.基于向量式有限元的基本理论,引入张拉索单元,通过控制张拉索单元的原长,实现大跨度预应力钢结构张拉全过程模拟;引入千斤顶单元,实现大跨度钢结构的脱架模拟.在此基础上,利用MATLAB语言编制了基于向量式有限元理论的施工过程分析程序,并通过悬臂梁拼装、索桁架张拉成形以及大跨度张弦桁架的张拉施工过程模拟分析,与传统分析方法进行比较,验证理论推导和自编程序的正确性与有效性.结果表明,采用基于向量式有限元的施工力学分析方法能够准确模拟结构拼装、预应力张拉成形和结构脱架等施工过程.     

基于温度补偿的索张力补张拉修正算法

针对大型复杂预应力空间钢结构施工过程中实测索力与目标索力存在较大差值的问题,在已有研究的基础上,基于温度补偿法并结合找形分析算法,提出了补张拉索力修正的计算策略以及数值计算流程.基于ANSYS软件平台,采用初始应变输入与施加温度荷载输入相结合的方法,编制了补张拉索力修正计算模块,用于施工过程中主动索补张拉的修正计算.该修正计算方法可考虑几何非线性、弹性预应力损失以及群索在张拉过程中的相互影响等因素,能保证补张拉过程符合施工和设计对索力精度的要求,可直接用于指导施工过程补张拉,追踪构件在张拉过程中的力学响应.算例结果表明,该方法是用于实际工程预应力补张拉计算的一个实用而有效的方法.     

九运会体育馆钢屋盖预应力拉索施工技术

广州体育馆是新建成的第九届全国运动会用大型室内运动场，主场馆平面由两个对称的弓形组成，纵轴长160m，横轴长110m，屋面板全部为透光阳光板，屋盖为空间钢结构，在大跨度钢桁架之间采用了施加预应力的拉索支撑，与采用型钢支撑相比，拉索支撑内无压力，美观，而且有利于运动场采光，是一种新颖的先进结构，由于施加预应力，后批张拉时会对先行张拉的钢索内力有影响，屋架安装用支撑的拆除也会对已经张拉完成的钢索内力有影响，于是选择合理的钢索体系以及如何建立合适的钢索永存拉应力，对于本工程的施工既重要又是难点，文中介绍了该工程拉索的施工与检测技术。     

大跨度钢斜拉桥施工过程线形控制

运用几何非线性分析理论,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,对大跨钢斜拉桥施工过程线形控制进行数值模拟研究.采用多段短索桁架单元模拟长索的非线性效应,通过改变单元的无应力长度实现索的多次张拉.根据新增构件的不同激活方式,提出将施工过程模型分为切线安装、平行安装和建模位置安装3类,其中切线安装和平行安装用于施工过程分析,建模位置安装用于施工控制中的反拱分析.考虑几何非线性多次迭代计算安装线形,采用稀疏矩阵算法求解有限元方程.基于以上原理编制了大跨钢斜拉桥非线性分析及施工过程线形控制模拟软件BINAS,通过苏通大桥实例验证了该方法具有较好的计算精度和适用性.