大跨度弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)與試驗研究.pdf

1、弦支穹頂結(jié)構(gòu)是由上部鋼網(wǎng)殼與下部索桿體系組合而成的一種新型預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)體系，其兼有網(wǎng)殼和張弦結(jié)構(gòu)的優(yōu)點且克服了部分缺點，在20世紀(jì)90年代初一經(jīng)提出，就在實際工程中得以應(yīng)用。本文在總結(jié)國內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，以作者參與實際結(jié)構(gòu)建造的常州體育會展中心體育館和濟南奧體中心體育館這兩座典型的大跨度弦支穹頂鋼屋蓋結(jié)構(gòu)為工程背景，并結(jié)合高矢跨比橢球形弦支穹頂?shù)哪Ｐ驮囼灪凸?jié)點試驗，以大跨度弦支穹頂結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)為主要研究對象，著重對大跨度弦

2、支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力施工零狀態(tài)的確定、拉索等效預(yù)張力的確定、施工全過程分析、拉索制作和誤差調(diào)整、張拉工藝、施工控制項目的確定等進行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 在大量閱讀國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對弦支穹頂結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生、發(fā)展及理論與試驗研究等進行了描述，并扼要地介紹了弦支穹項的工程應(yīng)用現(xiàn)況。在總結(jié)已有文獻(xiàn)關(guān)于弦支穹頂施工技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，確定了本文的主要研究內(nèi)容。
　　 根據(jù)弦支穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點，對其有限元分析單元的組成、非線性增量平

3、衡方程及有限元基本方程的建立以及非線性方程組的求解方法等進行了介紹，為弦支穹頂?shù)撵o力性能和施工力學(xué)分析研究提供了理論依據(jù)。
　　 對大跨度橢球形和圓球形弦支穹頂結(jié)構(gòu)的靜力性能、穩(wěn)定性能和自振頻率分別進行了分析，并與去除了下部索桿體系的上部鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)性能進行了對比分析。結(jié)論指出，對高矢跨比的弦支穹頂結(jié)構(gòu)而言，由于上部鋼網(wǎng)殼自身剛度較大，預(yù)應(yīng)方索桿體系對結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn)較??；大跨度弦支穹頂在設(shè)計階段應(yīng)考慮溫度荷載的作用并選擇合理的

4、合攏溫度；預(yù)應(yīng)力拉索的施工對弦支穹頂下部支承體系的受力影響較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工階段均應(yīng)對下部支承體系進行計算復(fù)核；預(yù)應(yīng)力索桿體系的引入提高了上部單層網(wǎng)殼的極限承載能力，但弦支穹頂結(jié)構(gòu)仍對初始缺陷較為敏感，建議采用一致缺陷模態(tài)法作為本文兩類弦支穹頂結(jié)構(gòu)的安裝初始缺陷引入模式。最后指出，大跨度弦支穹頂?shù)念A(yù)應(yīng)力施工必須建立在對結(jié)構(gòu)性能充分把握的基礎(chǔ)之上。
　　 根據(jù)弦支穹頂設(shè)計初始態(tài)的結(jié)構(gòu)位形要求，分別推導(dǎo)了弦支穹頂整體結(jié)構(gòu)和索桿子結(jié)

5、構(gòu)施工零狀態(tài)找形分析的迭代公式，編制了相應(yīng)找形分析的流程圖，并結(jié)合大型有限元軟件ANSYS平臺中的APDL語言編制了找形分析的程序。提出針對整體剛度較小的全結(jié)構(gòu)施工零狀態(tài)找形分析方法，即通過逆迭代法反向修正結(jié)構(gòu)施工零狀態(tài)的節(jié)點坐標(biāo)，從而使施工初始態(tài)的結(jié)構(gòu)形狀滿足設(shè)計要求；針對上部網(wǎng)殼剛度較大的弦支穹頂結(jié)構(gòu)，提出了索桿系子結(jié)構(gòu)施工零狀態(tài)找形的概念和方法；分別以常州體育會展中心體育館和濟南奧體中心體育館為算例，驗證了本文所提出的整體結(jié)構(gòu)和索

6、桿子結(jié)構(gòu)施工零狀態(tài)找形分析方法的正確性、適用性。
　　 對弦支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力施工過程分析的關(guān)鍵參數(shù)——拉索等效預(yù)張力的確定方法進行了系統(tǒng)地總結(jié)和研究。對已有的增量比值法和定量比值法進行了分析和推導(dǎo)，給出了兩種方法理論公式的推導(dǎo)過程和基本假定；基于不同的假定，提出了補償法和退化補償法，并衍生出混合退化補償?shù)脑隽勘戎捣?簡稱混合法)。通過理論公式推導(dǎo)，確定了各方法的迭代公式，編制了各迭代分析方法的計算流程圖，并結(jié)合大型有限元軟件AN

7、SYS平臺中的APDL語言編制了各迭代分析方法的計算程序。根據(jù)各自的假定、迭代公式和迭代過程，對比了各方法的特點和所適用的范圍，通過濟南奧體中心體育館的工程應(yīng)用，對比了用于拉索等效預(yù)張力確定的各種迭代方法的收斂速度，并對本文所提出的方法予以驗證。
　　 由于拉索制作長度既不能完全等同于安裝時的長度，也不能等同于張拉至結(jié)構(gòu)成形后的長度。因此，本文提出了分別基于索力和等效預(yù)張力的有應(yīng)力制作索長的計算方法，以及與兩者相對應(yīng)的無應(yīng)力制作

8、索長的計算方法。結(jié)論指出，與基于索力和等效預(yù)張力的有應(yīng)力制作索長相對應(yīng)的無應(yīng)力制作索長是一致的?？紤]到弦支穹頂預(yù)應(yīng)力施工前期準(zhǔn)備階段多工作的協(xié)調(diào)，向拉索生產(chǎn)單位提供基于等效預(yù)張力的制作索長更加方便。
　　 對大跨度弦支穹頂施工全過程分析的目的和方法進行了總結(jié)，并在已有方法的基礎(chǔ)之上提出了基于等效預(yù)張力的正算法。由于弦支穹頂上部鋼網(wǎng)殼為超靜定結(jié)構(gòu)，指出施工環(huán)境溫度對初始態(tài)的影響以及設(shè)計與施工初始態(tài)相互轉(zhuǎn)變的非保守性，并提出了考慮施

9、工環(huán)境溫度影響的設(shè)計與施工初始態(tài)相互轉(zhuǎn)變的迭代正算法。通過算例分析，驗證了該方法的正確性和適用性。
　　 對大跨度弦支穹頂預(yù)應(yīng)力施工工藝進行了系統(tǒng)性的研究，包括拉索制作、拉索安裝和張拉工藝等。結(jié)合徑向索張拉方法，提出了基于結(jié)構(gòu)幾何拓?fù)潢P(guān)系的索長誤差調(diào)整方法，并應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)。結(jié)合弦支穹頂結(jié)構(gòu)的索桿系構(gòu)成，對被動張拉技術(shù)進行了詳細(xì)的闡述。以常州體育館和濟南體育館的實際建造過程為例，介紹了施工方案選擇、張拉順序和控制程序、索夾構(gòu)造和

10、張拉機具等。
　　 提出了誤差影響因子的概念及其計算方法用于確定弦支穹頂預(yù)應(yīng)力施工的主控項目，并通過工程應(yīng)用，驗證了其合理性。對弦支穹頂施工控制目標(biāo)值的確定進行了研究，采用參數(shù)分析方法對索力控制目標(biāo)值的確定進行了研究；采用參數(shù)分析方法、幾何拓?fù)潢P(guān)系分析方法以及基于施工允許偏差兼容性的概率分析方法，對撐桿垂直度控制目標(biāo)值的確定進行了研究。對目前弦支穹頂預(yù)應(yīng)力施工的現(xiàn)場測試方法進行了歸納，并以濟南體育館為例，對測試結(jié)果進行了分析。<