索穹顶结构施工全过程分析_张建华.pdf
《索穹顶结构施工全过程分析_张建华.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《索穹顶结构施工全过程分析_张建华.pdf(4页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第 30 卷 第 4 期2008 年 4 月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGYVol.30 No.4 Apr.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;
2、施工全过程分析;时变力学;非线性中图分类号:TU 393.5文献标识码:A文章编号:1671-4431(2008)04-0091-04Construction Process Analysis of Cable DomeZHANG Jian-hua,ZHANG Yi-gang(School of Architecture and Civil Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100022,China)Abstract:T he structural characteristics in every construction
3、 stage of cable dome were analyzed.Adopting the theory of non-linear time-varying mechanics,the variations of internal force and displacements were obtained.Numerical results indicated thatmaximum internalforce in construction process was greater 47%than that in designedstate,the paper reached a con
4、clusion thatit was not safe to design if the time varying effect was not considered in the construction process analysis.At last,advices on de-sign and construction of cable dome were made.Key words:cable dome;construction process analysis;time-varying mechanics;nonlinear收稿日期:2007-11-24.基金项目:国家自然科学基
5、金(50278004).作者简介:张建华(1980-),男,博士生.E-mail:zhangjh20002001 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
6、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少1-2,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 3。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
7、的奇异,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构型、边界条件
8、、荷载作用不同,这些要素随着施工过程在不断变化,使得结构效应在施工过程中具有时空的演变特征 5-8。施工过程的最终的受力状态不仅仅取决于施工过程,还要取决于分析对象几何、物理参数的时变过程,因此,索穹顶施工过程分析属于非线性时变力学范畴。考虑到几何关系非线性和几何形状、边界条件的时变效应,在第 i 施工阶段,采用 UL(Updated Lagrangian)方法建立时变有限元方程,即(Ki-1L(t)+Ki-1G(t)+Ki-1NL(t)Ui(t)=Fi(1)式中,Ki-1L、Ki-1G、Ki-1NL分别为在第 i-1 施工阶段结构的弹性刚度矩阵、几何刚度矩阵和初应变刚度矩阵;Ui、Fi分别为
9、第i 施工阶段的节点位移列阵和荷载列阵。非线性时变力学问题的数值计算可采用增量法,可以选每个施工阶段的每 1 个施工步为 1 个荷载步,在每个荷载增量改变时计算的运算矩阵同时计入结构几何和边界条件等参数变化。在第 i 施工阶段有 n 个施工步,该阶段的时变结构位移为 Ui=Eni=1Uin(2)最后,根据相应结构位移可以求出在第 i 施工阶段 n 施工步的内力。采用 UL 方法建立的时变有限元方程是基于前一施工阶段变形的基础上,即当前工况分析时考虑了已经完成的结构变形,后一工况的计算是在前一工况的计算结果基础上进行。这样充分考虑了施工过程中结构系统时变的特点,因而计算结果也能真实反应索穹顶施工
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 穹顶 结构 施工 全过程 分析 张建华
限制150内