大跨度网壳结构施工过程数值模拟与监测

摘要

结构设计时，均是针对使用阶段的成型结构，而施工过程中结构受力性能与使用阶段具有较大差异，施工控制不当容易出现安全问题，所以深入研究结构施工模拟方法和施工监测方法，对结构的设计和施工具有重要意义。本文以华中科技大学体育馆为工程背景，采用数值模拟和现场监测对其网壳结构屋面进行了全面的研究，为评定结构性能和设计、施工提供依据。 本文首先对网壳结构的设计分析方法和施工监测现状进行了系统的总结和概括，介绍了各种施工方法的施工工艺和适用条件；进而，采用单元生死技术对传统的逐阶段建模法进行了改进，并详细阐述了数值模拟时涉及的几个关键技术问题，为网壳结构的施工过程模拟分析提供了理论依据。 基于单元生死法施工模拟原理，运用ANSYS有限元软件建立了体育馆屋盖模型，进行了施工过程数值模拟，重点探讨了温度效应、几何非线性及支承条件对结构受力性能的影响规律，同时指出支承柱临界截面的存在，温度效应和边界条件变化对网壳结构边桁架杆件受力影响最为显著，温度变化10℃影响达30％，考虑支承弹性的影响在15％以上。 最后，结合体育馆具体工程实例，制定了合理的监测方案，采用钢弦式应变计对该网壳结构高空散装法施工进行了全过程监测，其结果表明施工方法合理，监测结果和模拟分析结果具有相同的规律且偏差在13％左右，这也验证了本文模拟分析方法的可靠性。 本文数值模拟分析方法和现场监测结果，对于大跨网壳结构的设计、施工有着重要的理论和实践意义。