大跨度索承网壳结构施工及控制技术研究

摘要

目前国内外对中、小跨度的索承网壳结构进行了较为系统的研究，井且在中、小跨度上有了试验性工程实践.国内首例成功建造的大型索承网壳---武汉体育馆主体结构于2006年6月底顺利完成，另一座大跨度索承网壳结构---常州体育馆钢结构屋盖于2007年6月底顺利施工完成，这两个工程实践标志着我国对大跨度索承网壳结构的设计与施工取得了阶段性成果，但总体来说不够全面和深入，特别是对于大跨度索承网壳的施工技术、施工控制及施工实践方面的研究还较少。 本文在前人研究工作的基础上，结合常州体育馆大跨度索承网壳屋盖施工方案，对大跨度索承网壳结构进行研究，具体内容如下: (1)首先介绍空间结构体系，通过介绍单层球面网壳结构和张拉整体结构提出索承网壳结构，并对索承网壳结构的组成、特点与分类进行了总结，同时也对其研究现状与工程应用进行了介绍。另外，本文探讨了施工控制理论的内容，总结了施工控制的研究现状，并建立了大跨度索承网壳结构的施工控制系统。 (2)根据索承网壳结构的组成特点，讨论了适合该结构体系的几何非线性分析方法。本文采用大型通用有限元分析软件ANSYS为工具，对常州体育馆索承网壳屋盖进行零状态找形分析、张拉阶段支座方案的对比分析、支架对张拉效应的影响分析及铸钢节点分析，得出了相关有价值的结论，来指导实践。 (3)总结了网壳的施工方法，结合常州体育馆索承网壳屋盖对大跨度索承网壳结构的施工方案及施工技术进行了研究。总结了预应力拉索的模拟方法、张拉全过程模拟方法及实际施工时预应力的施加方法，通过并采用ANSYS分析软件进行了预应力拉索张拉全过程模拟并确定张拉力。 (4)分析研究了预应力拉索施工控制内容，详细阐述了拉索索力、网壳内力及网壳变形监测的内容与方法，对监测结果及误差进行了重点分析，详细阐述了施工控制管理内容。

目录

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1空间结构的形式、特点和分类

1.1.1杂交结构体系

1.1.2单层球面网壳结构的特点及工程应用

1.1.3张拉整体结构(或索穹顶)的特点及工程应用

1.1.4索承网壳结构的提出

1.2索承网壳结构的组成、特点与分类

1.2.1索承网壳结构的组成

1.2.2索承网壳结构的特点

1.2.3索承网壳结构的分类

1.2.4索承网壳结构的施工过程

1.3索承网壳结构施工研究现状

1.3.1国内外研究成果

1.3.2索承网壳结构施工案例

1.3.3实际存在问题

1.4施工控制概述

1.4.1控制理论的发展

1.4.2国内外研究成果

1.4.3大跨度索承网壳钢结构施工控制系统

1.5常州体育馆索承网壳屋盖简介

1.6本文主要研究内容

本章参考文献

第二章大跨度索承网壳结构施工分析研究

2.1大跨度索承网壳结构施工模拟分析的理论基础

2.1.1非线性分析的基本理论

2.1.2有限元列式

2.1.3收敛准则

2.1.4大跨度索承网壳结构有限元分析的理论基础

2.1.5 ANSYS模拟分析技术

2.2零状态找形分析

2.2.1索承网壳形态定义与找形方法

2.2.2零状态找形分析

2.2.3结论

2.3张拉阶段支座方案的对比分析

2.3.1张拉阶段支座固定的结构分析

2.3.2张拉阶段支座可滑动，张拉完成后支座固定的结构分析

2.3.3比较结果

2.4支架对张拉效应的影响

2.4.1本工程支撑体系搭设方案

2.4.2支架脱架后，拉索张拉前单层网壳的结构分析

2.4.3结论

2.5 本章小结

本章参考文献

第三章大跨度索承网壳结构施工技术研究

3.1网壳的施工方法

3.1.1高空散装法

3.1.2整体吊装法

3.1.3整体提升法

3.1.4整体顶升法

3.1.5折叠展开安装法

3.1.6外扩法

3.2索承网壳屋盖总体施工方案

3.2.1上部网壳结构施工方案

3.2.2下部索杆体系施工方案

3.3预应力拉索的模拟、张拉全过程模拟及实际施工时预应力的施加方法

3.3.1 ANSYS中拉索的预应力模拟

3.3.2预应力拉索张拉过程模拟

3.3.3拉索预应力的建立方法及本工程采用的施工方法

3.4本工程预应力拉索张拉过程模拟及张拉力的确定

3.4.1分析方法

3.4.2节点、拉索和撑杆编号图

3.4.3预应力网壳初始预张力的确定

3.4.4张拉计算分析结果

3.4.5分析结论

3.5本章小结

本章参考文献

第四章大跨度索承网壳结构施工控制

4.1施工控制理论

4.1.1现代控制理论与方法

4.1.2索承网壳结构的施工控制系统

4.1.3施工控制方法分类

4.1.4大跨度索承网壳结构施工控制影响因素

4.2预应力拉索张拉施工控制

4.2.1拉索张拉的控制内容

4.2.2拉索索力、网壳内力及网壳变形监测

4.3监测结果及误差分析

4.3.1拉索张拉过程中拉索索力误差分析

4.3.2拉索索力误差分析

4.3.3网壳内力误差分析

4.3.4网壳变形误差分析

4.4施工控制管理

4.4.1建立组织机构

4.4.2明确单位职责

4.4.3数据传递路线

4.4.4技术协调措施

4.4.5管理组织协调措施

4.5本章小结

本章参考文献

第五章全文总结

5.1本文主要结论

5.1.1大跨度索承网壳结构非线性有限元理论分析

5.1.2大跨度索承网壳结构施工分析研究

5.1.3大跨度索承网壳结构施工技术研究

5.1.4大跨度索承网壳结构施工控制研究

5.2有待解决的问题

致谢