环形刚性内拉环素穹顶的关键施工技术研究.pdf
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1、石材2023年11期65SHICAI建筑施环形刚性内拉环素穹顶的关键施工技术研究胡燕林(江苏安心达工程技木有限公司,江苏苏州2 150 0 0)摘要:环形刚性内拉环索顶作为一种新型素穹顶结构,对其关键施工技术进行研究,有利于该项技术的普及应用。考志到环形刚性内拉环素穹顶的结构特征,采用非线性动力有限元找形法对该结构几何形状进行找形,并提出时间步长的确定与调整方法以及总动能峰值与对应时间点的确定方法,以控制找形误差。同时,以具体工程为例,分析了牵引张拉工装布置、点位设置、设备注意事项等关键技术要点,为施工的稳步推进提供技术保障。关键词:环形刚性内拉环素穹顶;找形方法;牵引张拉工随着我国进人经济高
2、质量发展的新阶段,城市化进程将进一步加速,土地资源利用问题也随之更加受到关注。在此背景下,建筑领城高度关注空间结构的合理性问题,使空问结构朝向大跨度、轻质量的方向发展,在充分保证空间结构的安全可草性基础上,增强空间结构的利用效率又 2 。在众多空间结构中,索穹顶结构被誉为“2 1世纪结构工程领域最有魅力的结构体系”,是一种几何柔性的结构体系,在我国很多工程中均有应用,如无锡科技交流中心的梅花造型花心区域、中国煤炭交易中心的展览中心、内蒙古伊旗全民健身体育中心工程均采用了索穹顶结构 3。环形刚性内拉环素穹顶是一种新型素穹顶结构,在成都凤凰山体育中心中应用了该素穹顶结构。本研究主要针对该素穹顶结构
3、的关键施工技术进行了探讨,以期为该项技术的普及应用提供一定技术参考。1素穹顶结构素穹顶结构的主要构成有脊素、斜素、压杆与环锁,是当前应用较为广泛的空间结构形式。素穹顶结构的受力合理,具有自重轻、结构美、跨度大等优势,其相比一般空间结构具有更高的结构效率,应用前景之广阔不言而喻,因此目前广受业内的关注。然而,该结构在实际应用中仍然面临着诸多问题,这些问题的成因与索穹顶结构在施工与工作状态下的非线性非常强这一特征密切相关,需要做好索穹顶结构分析与施工设计才能够有效避免。常见素穹顶结构有Geiger型素穹顶结构、Levy型素穹顶结构、葵花型素穹顶结构,但上述素穹顶结构存在着3个关键性能缺陷:索穹顶结
4、构均仅设置点系竖向撑杆,不同撑杆间互不连通,因此撑杆径向平面外缺三可算的稳定性;素穹顶结构均为高度非线性结构,在实际施工中对精度要求非常高;上述素穹顶结构的施工难度均非常高,经常需要高空作业,安全风险较为严重。鉴于此,仍然有待进一步找出更有效的素穹顶结构,2 0 2 0年成都风凰山体育中心足球场采用了一种新型素穹顶结构一环形刚性内拉环素穹顶结构,且与双层网架相结合,有效地解决了传统索穹顶的固有结构缺陷。2素穹顶找形方法2.1基本方法素网是一种柔性张拉结构体系,素网的结构刚度由其预张力的分布以及几何形状所决定,拉索在一定阶段内呈现为松弛悬垂状态,结构会出;现超大机构位移,此时素网的结构刚度较弱。
5、张拉结构一般有两种找形方法:第一种为找力分析,即在明确结构的几何形状基础上,对结构的预张力分布进行求解:第二种为找形分析,即在明确结构预张力分布的基础上,对结构的儿何形状进行求解。素网拉索的无应力长度通常为已知的,因此素网结构的找形方法届于找形分析。对于找形分析而言,非线性有限元法是较为常见的求解方法。然而,非线性有限元法在索网结构的找形分析求解中的应用具有一定的局限性,因此本研究提出采用基于该方法基础上发展而来的非线性动力有限元找形法,该方法通过构建素网结构整体非线性运动方程,在虚拟动力过程中不断获取动能峰值点,实现素网结构的儿何形状更新,经过多次迭代后实现静力平66STONE2023 No
6、.11建筑施二石材STONE衡,从而确定最终的儿何形状。2.2找形流程应用非线性动力有限元找形法进行崇穹顶结构找形的基本流程如图1所示:前期准备构建初始有限元模型设定分析参数送代分析是否收敛或位形更新次数是否达到最大值是否满足静力平衡态检验几何形状输出图1非线性动力有限元找形法的基本流程(1)前期准备:找形开始之前,需要预先确定索杆系的施工方案、找形分析所处的施工阶段与预期素网结构的几何形状。(2)构建初始有限元模型:需要确定好索杆分析单元,根据素网结构的初始几何形状进行有限元模型的构建,并在模型中施加约束条件、荷载条件以及等效预张力。(3)设定分析参数:需要设定好初始时间步长、允许最大时间步
7、数、位形更新次数最大值、位移收敛值、调整系数、自振频率、阻尼比。(4)选代分析:迭代分析分为四步:确定时间步长,在首次以后根据调整系数对初始时间步长进行调整;非线性动力有限元分析;确定总动能峰值与对应时间点;更新位形、内力与原。(5)条件判定:依次进行是否收敛或位形更新次数达到最大值的判定与是否满足静力平衡态检验,当两个条件任何一项不满足时,则返回至步骤(4),反之则输出对应的儿何形状。需要注;意的是,采用非线性动力有限元找形法进行索穹顶结构找形之前,禹要结合具体施工方案与施工条件,明确在找形过程中的关键施工要点,并对此进行严格控制。同时,待找形结束以后,需要对分析结果中相关控制项是否可以满足
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