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。     

索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工技术及全过程分析

索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法,利用固定在上弦锚固节点处的提升千斤顶,通过斜向牵引上弦索来整体提升在地面低空组装的索杆系,最后通过张拉下弦索使结构成型。该方法高空作业少,节省搭设支架的费用和工期,实现工装轻型化,提高施工效率。乐清体育场挑篷为月牙形非封闭索桁架结构,采用该方法施工,并采用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,进行结构自质量初始态、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：结构自质量对弦索索力影响较大,可增大上弦索力和减小下弦索力,但对环索索力影响小;在提升牵引阶段位形变化大,上弦索和环索构成主承力构件,下弦索处于松垂悬挂状态;在下弦索张拉阶段,弦索和环索的索力逐渐增加,结构刚化成型;最外侧上、下弦钢拉杆在施工过程中内力变化剧烈,应验算其承载力;上、下弦交叉的索桁架,压杆容易出现平面外过大位移甚至翻转,此在牵引提升起始时最为不利,可在压杆顶部设置稳定工装索,保证位形几何稳定。     

索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工技术及全过程分析

索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法,利用固定在上弦锚固节点处的提升千斤顶,通过斜向牵引上弦索来整体提升在地面低空组装的索杆系,最后通过张拉下弦索使结构成型。该方法高空作业少,节省搭设支架的费用和工期,实现工装轻型化,提高施工效率。乐清体育场挑篷为月牙形非封闭索桁架结构,采用该方法施工,并采用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,进行结构自质量初始态、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:结构自质量对弦索索力影响较大,可增大上弦索力和减小下弦索力,但对环索索力影响小;在提升牵引阶段位形变化大,上弦索和环索构成主承力构件,下弦索处于松垂悬挂状态;在下弦索张拉阶段,弦索和环索的索力逐渐增加,结构刚化成型;最外侧上、下弦钢拉杆在施工过程中内力变化剧烈,应验算其承载力;上、下弦交叉的索桁架,压杆容易出现平面外过大位移甚至翻转,此在牵引提升起始时最为不利,可在压杆顶部设置稳定工装索,保证位形几何稳定。     

月牙形非封闭空间索桁架结构预应力施工技术

乐清体育场挑蓬采用月牙形非封闭空间索桁架结构,由刚性外环梁柱、内环索、上径向索、下径向索、吊索和压杆构成,属于张力结构体系。本工程索桁架共38榀,各榀的悬挑长度和张拉力差异大,在中部索桁架的悬挑端部存在上、下径向索交叉和上、下环索分叉,其间布置了压杆。为减少施工支架搭设费用,采用发明专利技术"索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法",分3个施工阶段:低空无应力组装、空中斜向牵引提升和高空分级同步张拉。在施工全过程模拟分析中,由于存在刚体大位移和拉索大悬垂现象,因此采用发明专利技术"确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法"进行分析,确定全过程的结构位形和内力状况。     

广州珠江新城西塔施工过程内力分析及环索张拉方案研究

在广州珠江新城西塔施工过程模拟分析的基础上,对西塔结构施工过程中的内力进行了综合分析.重点关注内外框筒的应力、转换桁架的应力以及环向索张拉应力三项内容.分析了外框筒(主要是外框筒斜柱)、核芯筒的内力在施工过程中的变化规律,研究了转换桁架在不同时刻连接时对桁架内力的影响,另外还确定了环向索的张拉方案并对施工过程中环向索的内力情况进行分析,为工程施工提供了依据.     

索穹顶结构施工技术研究

以直径71.2 m索穹顶工程为对象,介绍索穹顶施工的关键技术,即结构施工偏差及构件尺寸误差的控制、结构的安装成形方法、预应力张拉次序与方法、施工仿真分析与监测控制等。将内中脊索、内中斜索及环向索都做成定长索,外斜索和外脊索做成可调索,调整其长度补偿耳板的径向施工误差;在总结类似工程施工经验的基础上,提出地面拼装、整体同步提升外脊索和外斜索进行安装、张拉外斜索使结构成形的施工方法,减少高空作业量,保证施工的安全;根据索穹顶结构为柔性结构且具有多个对称轴的特点制定了分级分批张拉的施工方案,完成对索穹顶结构的张拉施工,从监测数据看出,施工完毕以后的位形和设计位形基本一致。     

大跨度索穹顶新型索撑节点模型试验及性能分析

索穹顶结构的刚度是由索系预应力实现的,预应力损失对结构的安全性具有重要影响,而环索与撑杆相连的索撑节点设计与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。以内蒙古伊旗全民健身体育中心大跨度索穹顶结构工程为背景,研发了引入滑动轴承的新型索撑节点,从本质上改变了节点的受力特性,从而减小摩擦损失。通过分析索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行研究。采用ANSYS对环索和索撑节点进行带摩擦的非线性接触有限元分析,通过模型试验监测数据反算预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行对比。根据研究结果对索穹顶的索撑节点提出如下建议:索撑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;在保证加工制作精度和施工质量的情况下,索撑节点预应力损失设计取值为3%~4%。     

新型脊杆环撑索穹顶结构静力性能分析

索穹顶结构是一种结构效率极高的大跨预应力空间结构,适用于体育馆、展览会馆等大跨度场馆的屋盖结构.为解决传统索穹顶结构脊索易发生松弛、斜索数量多等不足,丰富索穹顶结构方案,提出一种新型预应力空间结构——脊杆环撑索穹顶结构,具有无脊索松弛现象、承载能力提高、斜索数量少等优点.建立了脊杆环撑索穹顶的有限元模型,进行静力分析,研究结构在满跨、半跨均布活荷载的组合工况下弹性阶段的受力特点.进一步进行参数分析,探讨了结构基本参数对脊杆环撑索穹顶的杆件内力、节点位移及失效荷载的影响规律.分析结果表明,脊杆环撑索穹顶具有良好的静力性能,避免了脊索易松弛退出工作的缺点,结构整体刚度大于传统索穹顶,施工难度降低.结合初始预应力、矢跨比、斜索与水平夹角、构件截面及总截面面积等结构参数的影响规律,给出结构设计建议,为脊杆环撑索穹顶结构的工程应用提供依据.     

2022世界杯主场馆屋面主索网施工技术

卢赛尔体育场是2022年世界杯主场馆。屋面主索网为双层轮辐式全张力结构,该张力结构通过双层拉环和双层压环与48榀鱼腹式径向索桁架连接而成。选用上环索提升加两阶段径向索提升的方案。通过全景模拟仿真计算,分别确定环索提升和径向索提升最不利工况组合并据此选定提升工装。施工期间,严格按照全景模拟仿真计算结果从提升开始直至安装就位全过程进行索力和位形监测。     

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.     

葵花三撑杆Ⅱ型索穹顶结构预应力态确定、参数分析及试设计

提出一种新型葵花三撑杆Ⅱ型索穹顶的结构构形,该结构不沿用Fuller"拉索海洋与压杆孤岛"传统意义上张拉整体构想,而是在下弦节点处采用了3根撑杆交汇的布置方案(Ⅱ型),可使一道环索管辖两圈脊索,上弦网格数不变时斜索和环索可减少一半,提高张拉施工便易性,并改善局部及整体结构的稳定性.根据节点平衡方程,推导了葵花三撑杆Ⅱ型...     

大跨度椭球形索承单层网壳环索张拉仿真分析

以常州体育馆索承网壳钢屋盖为例,对索承网壳预应力拉索施工方法中的环索张拉法进行虚拟仿真计算,分析了由于环索连接节点的构造处理及环索张拉点数量的不同对大跨度椭球形索承网壳预应力建立效果的影响,提出了适合该类结构的环索预应力张拉方法。     

轮辐式单层索膜结构体育场的施工技术分析

某体育场为"轮辐式单层索膜+压环梁+V形柱"的复杂结构形式,在钢结构、索、膜3种结构共同作用下形成了一个稳定的结构体系。施工时需考虑3种体系的相互影响,保证整个结构的安装精度。阐述了屋面结构体系的安装方法:对于钢结构采用场内、场外结合的方法进行吊装;索网低空无应力组装、整体牵引提升、高空分批张拉锚固;膜施工采用履带吊将膜捆吊装到安装作业面,由人工进行展开和张拉固定。整个施工过程采用有限元软件进行模拟分析,根据分析数据进行3种结构安装时的变形调整,圆满完成了整个施工过程。     

索穹顶结构关键施工技术研究

以直径71.2m索穹顶工程为对象,介绍了索穹顶施工技术的重点及难点问题,即拉索下料尺寸的控制、结构的安装方法、结构的张拉成型方法。在总结国外类似工程的施工经验基础上,首次提出了地面整体拼装、整体同步提升外脊索和外斜索的安装方法,减少了高空作业量,保证了施工安全。根据索穹顶结构为柔性结构且具有多个对称轴的特点,制定了分级分批张拉的施工方法,完成了对索穹顶结构的张拉施工,从监测数据看,施工完毕以后的位形和设计位形基本一致。     

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。     

施工滑移索的数值模拟

考虑环索与节点间存在摩擦,采用变索原长法对弦支穹顶结构每圈环索在3处进行对称同步张拉施工数值模拟,计算分析了结构在张拉施工阶段环索的滑移,得到了各状态下索的张力分布.分析结果表明,环索与节点间的摩擦导致结构张拉完成后环索张力分布不均匀.在实际工程设计和施工中,应通过改进节点构造、施工方法等措施尽量避免或降低摩擦问题对结构受力性能带来的不利影响.     

大跨度单层索网索膜结构施工技术研究与应用

苏州工业园区体育中心体育场工程采用国内最大跨度轮辐式单层索网索膜加压环梁加V形柱的结构形式,施工过程中可供参照的相关经验不多。结合施工实际,通过对体育场屋盖大跨度单层索网索膜结构的V形柱柱脚、屋面大型钢结构、体育场索结构、膜结构及屋盖钢结构健康监测等内容的施工技术研究,保证了工程的顺利施工,为类似工程提供了借鉴。     

弦支穹顶结构滚动索撑节点力学性能研究（英文）

弦支穹顶结构在预应力施工过程中环索和索撑节点之间的摩擦力会产生可观的预应力损失,并且会导致施工完成后弦支穹顶结构的预应力分布显著偏离设计状态,从而明显削弱弦支穹顶结构的性能.本文提出了一种可用于弦支穹顶结构的滚动式索撑节点,并通过试验和有限元分析研究了这种新型索撑节点的预应力损失和力学性能.根据试验数据,对比传统的索撑节点发现,新型的索撑节点可以减少预应力损失从21.65%到10.85%.除此之外,试验结果和有限元分析结果均表明新型索撑节点的力学性能安全合理.因此,在弦支穹顶结构未来的设计中可以推广这种滚动式索撑节点.     

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.     

大跨度车辐式单-双层混合索膜结构施工模拟分析

介绍单一双层混合索网结构的安装方案、施工过程中的技术难点、拉索布置的主要安装步骤,采用确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法对结构进行模拟计算.计算结果表明,双层索网的上径向索锚接就位,此时上环索距离下环索的空间高度远不够安装撑杆,需吊机辅助提升上环索,保证撑杆安装空间;环索最大不平衡力均出现在单双层交界的环索索夹处,整个建模分析过程中结构体系始终处于弹性应力状态,外围结构安全.