弦支穹頂結構施工模擬分析理論研究.pdf

1、弦支穹頂結構由上部網(wǎng)殼和下部索桿體系組成，通過施加預應力使二者形成一體。由于結構自重相對較輕、剛度相對較大、穩(wěn)定性相對較高，弦支穹頂結構已經(jīng)廣泛應用于大跨度空間結構。作為一種半剛性結構，弦支穹頂結構的幾何形態(tài)和力學性能與施工過程密切相關，建造更為合理的弦支穹頂結構必須建立在對結構張拉過程的力學行為系統(tǒng)深入認識的基礎上，必須依靠科學合理的施工找形方法和施工控制方法。
　　 弦支穹頂結構施工過程中的結構性能和伺服施工過程分析是本文研

2、究的兩大主題。根據(jù)弦支穹頂結構國內外的研究現(xiàn)狀和存在的問題，本文從在弦支穹頂結構合理的施工找形方法、考慮施工過程的全過程分析、臨時支撐布置方式和卸載方式、預應力張拉參數(shù)分析、預應力張拉失效模式和預警以及結構伺服施工控制六個方面對兩大主題展開系統(tǒng)的研究。
　　 根據(jù)弦支穹頂結構各種構件的受力特點，選取梁單元模擬剛性構件、桿單元模擬撐桿、直線索單元模擬拉索。根據(jù)摩擦理論，對弦支穹頂結構張拉過程中索撐節(jié)點摩擦力損失進行了分析，導出并驗

3、證了環(huán)索預應力摩擦損失的簡化計算公式。再通過總結若干實際工程的施工工藝，提煉出弦支穹頂結構的主要施工參數(shù)為：施工順序、預拉力施加方式、臨時支撐系統(tǒng)及預拉力張拉方式。從弦支穹頂結構張拉受力機理出發(fā)，提出以控制環(huán)索張拉力和結構控制點位移為張拉控制目標，并考慮施工過程影響的雙控施工找形算法；結合施工進程劃分和施工找形算法，施工全過程跟蹤分析算法，并驗證該算法的合理性和優(yōu)越性。
　　 對臨時支撐拆除卸載過程進行分析，指出卸載的實質是結構

4、體系轉變和內力重分布的過程，計算說明了控制臨時支撐拆除速率的必要性，得出分階段慢速卸載具有合理和安全的優(yōu)點，并提出了卸載失效預警參數(shù)即臨界卸載時間trcr以及預警方法，對四種不同速率卸載方式進行對比分析，認為逐環(huán)卸載方式最為理想。
　　 采用數(shù)值分析方法對弦支穹頂結構進行施工過程參數(shù)分析，系統(tǒng)分析了臨時支撐的布置位置、布置方式、臨時支撐剛度、張拉點布置和索撐節(jié)點摩擦力以及張拉力與結構受力性能的關系。影響臨時支撐脫離情況的主要參數(shù)

5、有臨時支撐位置；影響網(wǎng)殼彎矩的主要參數(shù)有臨時支撐位置、臨時支撐數(shù)量；影響網(wǎng)殼軸力、網(wǎng)殼豎向位移的主要參數(shù)有臨時支撐位置、臨時支撐數(shù)量、張拉點布置：影響滑動端水平位移的參數(shù)主要有臨時支撐位置、臨時支撐數(shù)量、張拉點布置，但不太顯著。從結構受力性能角度出發(fā)，提出了施工參數(shù)合理的取值范圍。
　　 結合預應力張拉施工分析與控制，提出了張拉施工過程中弦支穹頂結構可能的失效模式及參數(shù)化預警方法。采用考慮初始缺陷的線性屈曲分析計算結構的失效模式

6、；弦支穹頂結構的失效模式可取缺陷結構的第一階模態(tài)，取相對屈曲臨界荷載和臨時支承處網(wǎng)殼節(jié)點振動作為結構的失效預警參數(shù)，臨時支承處網(wǎng)殼節(jié)點出現(xiàn)較大幅度的振動甚至發(fā)散為失效特征。
　　 根據(jù)已有文獻研究成果，針對弦支穹頂結構提出了空間預應力結構伺服施工控制的概念和關鍵問題，提出基于系統(tǒng)空間預應力結構分析的伺服施工控制方法：即施工方法→施工找形→結構施工→反應監(jiān)測→參數(shù)識別→模型修正→施工方法。編制了用于弦支穹頂結構參數(shù)識別的BP神經(jīng)網(wǎng)