基于慢速时变动力学的空间结构施工过程精细化分析方法研究

针对空间结构施工过程模拟问题,依据时变力学基本原理,提出了基于慢速时变动力学的动态施工过程精细化分析方法。该新方法通过设置与实际施工动态过程相一致的分析时长,引入惯性力和阻尼力,实现时变结构几何、物理及边界等因素间的动态耦联,以达到真正意义上的施工全过程精细化分析。由此给出了该方法的求解思路和实现流程。通过对复杂大跨斜交连廊结构的施工过程分析,并对比施工实测数据,结果表明:该方法的计算值与传统静力施工过程分析方法相吻合,且总体上更接近工程实际,因此可用于空间结构的施工过程分析与安全评估;与传统静力施工过程分析方法相比,该方法一方面能够更准确反映实际施工过程中结构响应的动态累积效应,并获取任意时刻的结构受力和变形情况,另一方面,还可适用于强非线性的复杂施工过程分析(大变形、超大位移、机构位移等),从而避免了传统静力施工过程分析方法中非线性求解的收敛性难题。

树形支撑双向倾斜钢屋盖施工全过程仿真分析与监测

陕西某下沉式广场屋盖采用树形支撑双向倾斜钢屋盖结构体系,整体由斜交H型钢网格板、树形撑杆以及钢筋混凝土柱组成。为了保证钢屋盖在整个施工过程中的安装精度和安全性,依据拟定的施工方法和施工顺序建立数值仿真模型,对钢屋盖的吊装、卸载的全过程进行施工仿真分析。并且对比分步加载成型和一次加载成型结构的力学性能,揭示施工过程对结构受力及变形的影响,进一步验证了施工过程的安全性以及结构成型的合理性。在现场对关键节点的竖向位移进行了监测,并且将数值模拟值与实测值进行对比,总结了施工全过程位移变化规律。现场监测与数值模拟结果有效验证了施工方案的合理性和可靠性,可为同类工程提供借鉴。

双向张弦桁架结构施工过程跟踪计算理论与应用

基于梁杆非线性有限元理论和预应力索张拉力学模型建立了双向张弦桁架结构施工过程跟踪计算理论和计算方法,在AutoCAD平台上开发了计算软件.此方法可以考虑结构体系转换、施工荷载、边界条件、预张力等因素的改变对施工过程的影响,实现对结构施工全过程的跟踪模拟分析.通用有限元计算结果的对比表明所提出的计算方法具有足够的精度,工程实测结果对比说明所提出的计算理论和计算方法能够较好的反映实际情况,比较真实地计算出结构在施工过程中的力学行为,可对确定和优化结构施工方案提供理论指导.

空间管桁架结构体育馆施工全过程模拟分析与健康监测

利用有限元软件ABAQUS中的生死单元法模拟空间管桁架结构施工过程的吊装阶段,把模拟得出的杆件应力与节点位移结果作为模拟施工过程卸载阶段的初始条件。利用支座位移法对卸载阶段进行模拟,同时对比了3种卸载方法,并将分级分步卸载方法的模拟数据与健康监测数据进行对比,验证了模拟方法的可行性。结果表明:以吊装阶段结果为初始条件的卸载过程模拟可以找出临时支撑上部在施工过程中受往复荷载的杆件,施工中应增强这部分杆件的加固措施;分级分步卸载可以防止结构杆件应力与节点位移变化过快,避免整体结构由此产生设计中未考虑到的动力响应;模拟结果与实际健康监测数据较为吻合,分级分步卸载为最佳的卸载方案,在实际工程中更为适用。

上海旗忠网球中心施工全过程有限元分析

为了研究由倒锥台型空间预应力混凝土结构看台及安装8片巨型叶片的可开启式钢屋盖组成的上海旗忠网球中心结构体系的施工过程,应用子结构法对上海旗忠网球中心预应力混凝土看台结构施工全过程进行了有限元分析,并进行了施工监测。分析与监测结果表明:上海旗忠网球中心施工质量良好,满足设计要求;应用子结构法明显减少了数据输入、总刚度矩阵阶数以及系统方程求解的工作量,可以实现大型空间结构的施工全过程模拟。

大悬挑管桁架空间结构施工过程模拟分析及研究——以铜陵体育馆为例

针对铜陵体育馆大悬挑三角形管桁架空间结构体系,采用有限元分析软件Midas Gen对大悬挑管桁架空间结构一次成型与分步成型两种情况下施工全过程进行仿真分析,得出结构位移的变化规律,提出通过设置安装构件变形预调值来达到控制施工位移的解决方案。采用设计软件3D3S11进行温度计算,分析了温度变化对结构变形和结构内力的影响程度,为工程施工时选择合适的合拢时间提出理论依据。研究结果对于类似大悬挑管桁架空间结构施工具有借鉴作用。

复杂大跨空间钢结构施工过程综合监测技术研究

施工过程监测对复杂大跨空间结构的安装与施工具有重要意义。根据施工方法的不同,施工监测应选用针对性的监测指标。该文对大跨空间钢结构施工过程常用的监测指标与相应的监测手段或设备,以及新型监测技术进行详细地分析研究。结合北京新机场航站楼核心区钢结构屋盖施工过程,综合选取关键杆件应力应变监测、基于三维激光扫描的位移与变形监测以及重点区域无人机监测等手段,对结构施工过程的受力特征、变形与部分施工质量问题进行详细监测和检查。该综合监测技术为复杂大跨空间钢结构的施工提供了全面可靠的解决方案。

南京牛首山树状结构施工过程模拟和施工监测

南京牛首山树状结构的施工空间狭小、施工平台薄弱和大型设备不能进驻,根据其特殊施工环境提出了自平衡提升工法。对自平衡提升过程中可能产生的平面外位移问题,设计了双支撑胎架方案解决。利用3D3S空间结构设计软件对施工全过程进行了模拟,同时对树状结构提升全过程进行了施工监测,模拟结果和监测结果吻合较好。研究表明自平衡提升施工法能够满足特殊施工条件下大型钢结构安装的施工要求,为此类工程的合理施工提供了参考,采用3D3S设计软件对特殊环境下的空间钢结构进行施工预分析是可行的,能有效地提高工程的安全性。

大跨空间轮辐式弦支桁架结构施工过程监测与模拟分析

大跨空间轮辐式弦支桁架结构施工过程复杂,不同施工方案及阶段结构刚度和荷载变化对结构安全影响不容忽视,但目前国内外对大跨空间结构多进行施工成型后的静力分析,缺乏对复杂结构施工过程中的受力监测与分析。为研究西安某体育馆大跨空间轮辐式弦支桁架结构在不同施工阶段的受力与变形性能,采用有限元程序MIDAS/Gen模拟该大跨空间结构旋转累积滑移施工过程的8个不同阶段,对辐射状倒三角桁架、加强桁架及“Y”型格构柱三类关键构件的应力与位移进行了仿真分析,并与实际监测数据进行对比。结果表明:数值仿真模拟结果与施工实际监测数据吻合较好,验证了数值仿真模拟的可行性;通过预测不同施工阶段结构应力变化及最不利危险施工节点,可为施工阶段健康监测系统的分区建立及关键节点布测提供思路与依据,具有实际工程意义;大跨空间轮辐式弦支桁架结构在不同施工阶段的内力变化较大,最大竖向位移常发生于桁架中间部位的下弦,为保证施工阶段安全性,应对外环桁架竖向腹杆、中心环桁架腹杆及上弦等关键节点进行重点监测及预警,避免施工阶段构件受损,保障施工安全。

空间钢桁架临时支撑卸载综合预警评估法及应用

宁安客专芜湖车站站房屋盖采用了空间钢桁架结构体系。在屋面桁架安装过程中,使用了28个临时支撑,并在结构安装完成后依次对其卸载。针对临时支撑卸载过程结构的受力特点,结合卸载过程模拟计算方法,提出了综合预警评估方法。将该项目的监测结果和提出的预警值对比,实现了对卸载过程的准确预警评估和伺服控制。结果表明,综合预警评估法对于空间钢桁架临时支撑体系卸载过程伺服控制可靠有效。

基于全过程数值模拟的复杂空间混凝土壳体结构施工控制技术研究

随着社会的进步和经济的发展,建筑的形态及结构体系均呈现出复杂的趋势。同时,施工过程往往存在较高的潜在风险,建造完成后的建筑内力分布情况也与施工过程存在较高相关性,需通过合理的施工控制技术确保设计意图的准确实现。以国内外首例叠置双层大跨空间曲面预应力混凝土壳体结构施工——上海在水一方项目为背景,探讨基于全过程数值模拟施工控制技术的应用:首先建立可模拟施工过程中混凝土刚度变化、预应力张拉、临时支撑脱开等行为的有限元模型,并进行施工全过程模拟分析,对拟定的施工工况进行验证及优化;其次基于模拟结果,在结构卸载工况中,采用伺服液压千斤顶辅助卸载,以确保结构受力模式的转化平稳、安全;最后制订施工过程中的监测方案,并通过对比实测数据及计算结果,判定结构受力状况。最终,项目结构施工顺利完成,验证了所采用的施工控制技术的合理性和有效性,可为今后类似工程提供参考。

大跨空间网架结构施工过程中间控制目标参数优化分析

大跨空间网架结构因尺度大、安装高度高而多采用分区拼装、累积提升与高空散装相结合的施工方法.为保证施工过程的顺利进行以及结构成形后的形态控制在设计许可范围内,关键在于制定合理的中间控制目标.依托一大跨空间网架结构实际工程,开展支撑胎架精准位置、提升吊点布置等施工中间控制目标的优化分析.首先基于空间结构形态学基本理论,采用正装迭代法计算网架结构的施工预变形,并据此确定支撑胎架的精准位置;然后为确定最优吊点布置,设置两套优化方案并进行对比分析,结合结构成型时的位形与施工过程中待拼接节点的变形情况优选出提升吊点布置方案;最后基于最优吊点布置方案,建立结构的施工过程理想状态数值模型,计算分析了施工过程引起的杆件附加应力,验证了优化方案的可靠性.

空间钢结构施工过程监测关键参数及测点布置研究

针对施工过程中监测关键参数的选择方法与测点布置原则进行研究。根据施工过程是否有动力效应,将监测类型分为静力监测和动力监测两种。基于静力平衡方程求解和结构施工系统稳定问题,提出静力监测关键参数应包括最大应力、最大变形、变化率最大的应力和变形、变化最大支座反力、失效模式特征参数、温度和风荷载;基于结构动力失稳和动力强度破坏模式,提出动力监测关键参数应包括最大振动加速度、振动频率、结构最大位移、构件最大应力、特征动力变形以及结构运动速度。根据施工过程结构和系统的数值分析以及施工过程结构的运动过程模拟结果,提出静力测点和动力测点应分布在失效模式最不利的位置,进而根据实际施工过程监测经验以及监测参数的性质,提出应将构件分为轴力构件和弯曲构件分别布置应变测点,变形测点应布置在节点处或构件中部。以"生命之环"钢结构工程施工过程监测为例进行对比分析,监测值与理论值吻合较好,验证了本文方法的有效性。

空间管桁架钢结构体育馆吊装施工方案对比分析

空间管桁架钢结构施工过程中的事故时有发生,对其进行施工模拟分析有十分重要的工程意义.基于某大跨度空间管桁架钢结构体育馆项目,采用有限元软件Midas/Gen对其拟采用的3种不同施工方案进行了模拟分析,研究其在考虑“路效”和“时效”下不同吊装方案对主体钢结构受力、变形及支撑结构最大支反力的影响;同时,对考虑路径、时间效应所得模型与采用一次性加载法所得模型的计算结果进行了比较.结果表明:不同施工方案对结构构件的应力、变形影响显著;通过对比,可以得到主体钢构件最大应力、最大位移的发展趋势及最优施工方案;考虑路径效应的数值计算方法与一次性加载法得到的计算结果有所不同,前者更贴近结构实际施工状态.通过有限元法能有效提高工程项目施工过程的安全性,给实际施工提供理论依据,并为此类大跨度空间管桁架钢结构合理施工提供技术参考.

石家庄国际展览中心结构设计分析

石家庄国际展览中心采用了大跨度双向悬索结构,这在国内尚属首次。对于这种新型结构形式,结构分析面临众多难点和不确定性。从结构体系分析入手介绍了该结构的主要分析过程,重点对施工张拉、关键构件角色设定以及构件间的相互关系进行了探讨,对影响分析效率及准确性的一些技术问题一并进行了论述。在此基础上对结构体系、找形、刚度分配、张拉方案、稳定性、施工过程、计算方法、节点设计等多个技术层面提出了一整套行之有效的解决方案或应对措施。项目实践结果证明了这些技术路线的实用性和高效性。