大跨度体内预应力张弦桁架结构施工模拟分析和监测

摘要

张弦桁架结构作为一种高效能的空间结构，与一般钢结构相比，大跨度张弦桁架结构是一种新型大型预应力刚柔杂交结构，是一种由抗弯构件和受拉构件以及连接两者的撑杆组成，通过对受拉构件施加一定的预拉力，使三者形成具有整体刚度的自平衡体系。由于该结构体系简单、自重轻、具有良好的受力性能、可跨越大空间、空间形体优美合理，符合人们对空间结构不断提高的要求，所以被广泛应用于诸多实际工程中。
　　相对于传统结构，大跨度张弦桁架结构的结构位形，整体刚度和构件内力与预应力状态密切相关。作用于张弦桁架结构的是施工荷载，而不是使用荷载，结构的施工过程是连续变化的，其受力状态也随之不断地变化，结构体系发生内力重分布，可能会出现比使用荷载下更不利的受力状态。施工过程模拟分析的结果，与施工工序、流程和最后竣工对象密切相关，选择合理的施工工序，可以减小结构在施工时的内力与变形，使施工安全、经济、高效，所以进行施工过程模拟分析十分必要，可以合理施工提供依据与参考。
　　在阐述张弦桁架结构的设计与工程应用现状，说明施工模拟分析研究和监测重要性的基础上，本文主要研究内容如下：
　　1、查阅大跨张弦桁架结构施工技术的相关资料，结合实际工程，对安装方法进行了概括总结，并对每个安装方法的特点与适用范围做了总结。
　　2、介绍天津水科院大型水动力试验室（一期）工程张弦桁架屋盖的施工方案及其施工过程中的监测方案；
　　3、总结归纳了施工力学基本原理及施工模拟分析中常用的数值分析方法，应用有限元软件Midas/Gen进行张弦桁架屋盖施工过程的模拟分析，验证张弦桁架施工方案的合理性与安全性；
　　4、进行工程施工全过程跟踪监测，并将监测值与设计值、模拟值进行对比，控制张弦桁架结构的施工过程，并分析施工过程中张弦桁架结构的整体刚度和杆件内力的变化。
　　综上所述，大跨度张弦桁架结构的施工过程模拟分析对合理施工具有重要的参考价值。本文所采用的数值分析方法和取得的实测数据对今后该结构的研究和施工具有指导意义。

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第一章 绪论

1.1 张弦桁架结构的基本概念

1.2 张弦桁架结构的工程应用与研究现状

1.3 存在的问题

1.4 本文的研究意义和主要工作

第二章 张弦桁架的几何非线性有限元理论

2.1 引言

2.2 几何非线性问题的表达方法

2.3 非线性方程组的求解方法[38]

2.4 本章小结

第三章 张弦桁架结构的施工参数和施工模拟分析理论

3.1 引言

3.2 张弦桁架结构的施工参数

3.3 张弦桁架结构找形分析

3.4 施工过程模拟分析方法

3.5 基于MIDAS/Gen的施工过程模拟分析方法[53]

3.6 本章小结

第四章 大跨度张弦桁架结构施工过程与仿真分析

4.1 工程概况与工程难点

4.2 钢屋盖施工方案

4.3 张拉过程仿真分析

4.4 本章小结

第五章 施工监控

5.1 监测的目的和意义

5.2 施工监控

5.3 监测结果

5.4 模拟值、监测值比较分析

5.6 监测结论

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6-1 主要结论

6-2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果

致谢