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1、第30卷第4期武汉理工大学学报Vol.30No.42008年4月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYApr.2008索穹顶结构施工全过程分析张建华,张毅刚(北京工业大学建筑工程学院,北京100022)摘要:采用非线性时变有限元法,对索穹顶结构在各施工阶段的力学性状进行了全过程跟踪分析,得出施工过程杆件内力和节点位移的演变规律。计算结果表明,部分杆件在施工过程中的最大内力超出设计值的47%,得出不考虑施工过程的时变效应对结构设计偏于不安全的结论,最后为索穹顶结构的设计和施工提出指导性的建议。关键词:索穹顶结构;施工全过程分析;时变力学;非线性中图分类
2、号:TU393.5文献标识码:A文章编号:1671-4431(2008)04-0091-04ConstructionProcessAnalysisofCableDomeZHANGJian-hua,ZHANGYi-gang(SchoolofArchitectureandCivilEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China)Abstract:Thestructuralcharacteristicsineveryconstructionstageofcabledomewereanalyzed.Adoptingt
3、hetheoryofnon-lineartime-varyingmechanics,thevariationsofinternalforceanddisplacementswereobtained.Numericalresultsindicatedthatmaximuminternalforceinconstructionprocesswasgreater47%thanthatindesignedstate,thepaperreachedaconclusionthatitwasnotsafetodesignifthetimevaryingeffectwasnotconsideredi
4、ntheconstructionprocessanalysis.Atlast,advicesonde-signandconstructionofcabledomeweremade.Keywords:cabledome;constructionprocessanalysis;time-varyingmechanics;nonlinear索穹顶结构的施工全过程分析是该体系的核心问题。施工全过程分析就是要确定各构件所施加预应力的大小及其施加顺序,分析施工过程中各构件的力学性状,确保施工过程安全顺利进行。索穹顶结构的施工成形过程分析不同于传统结构的施工分析,传统结构的施工分析主要是针对刚性结
5、构,在每一个施工阶段,结构是几何不变的,具有稳定的形态,并具有一定的刚度和承载力,而柔性的索穹顶结构体系在最终成形和未刚化之前都具有机构的性质,但又不是单纯的机构,在整个成形过程中表现为存在一个刚体位移的大变形过程,并使得计算刚度出现奇异,这些因素使得索穹顶结构施工过程分析较为困难。国外在这方面的研究甚[1-2]少,只有几篇文献对施工过程进行了报道,很少涉及到计算理论上的内容。国内研究者在假定索穹顶结[3]构竖杆作刚体运动的基础上,采用反分析方法对索穹顶结构的成形过程进行了分析。文献[4]基于给定了所有非约束点初始位移来试图避免刚体运动,采用悬链线索单元对索穹顶结构的施工过程进行了模
6、拟分析。文献[3]和文献[4]中的刚体位移运动假设和节点位移假定使得在计算方法上可以避免刚度矩阵的奇异,但都不是索穹顶结构成形过程的真实反映,还有待于进一步完善。针对上述的问题,作者在计算时在索中引入初始应变使其具有一定的刚度,有效地避免了计算刚度的奇收稿日期:2007-11-24.基金项目:国家自然科学基金(50278004).作者简介:张建华(1980-),男,博士生.E-mail:zhangjh20002001@163.com92武汉理工大学学报2008年4月异,同时摒弃了竖杆刚体运动和节点位移的假设。同时将施工过程中的结构看作时变结构体系,建立了非线性时变有限元方程,考虑了前
7、一施工阶段结构的变位、几何刚度等对后一施工阶段的影响,从而能真实地反映索穹顶结构的实际施工成形过程,为索穹顶结构的施工安全性评估和施工方案的制定提供依据。1索穹顶结构施工过程时变有限元分析索穹顶结构施工过程复杂、情况多变,整个施工过程分阶段完成,结构的某些荷载如自重、施工荷载、预应力等是在施工过程中逐级施加的,每一施工阶段都可能伴随着结构自身体系转换、边界约束增减、预应力张拉等,不同施工阶段结构具有不同的几何形态和不同的受力状态,即在每个施工阶段结构的几何
