索膜结构张拉及加载全过程仿真分析研究

摘要

张拉索膜结构是由索、膜等柔性结构组成的空间结构体系。该类结构跨度大，施工复杂，合理的施工方案能够降低施工过程的难度，不同的施工张拉方法可能对结构成型后的受力状态产生影响，故选择合理的张拉方案关系到结构的设计和施工。同时结构成型后，必须满足在正常使用荷载下的弹性承载能力以及在非正常荷载下的弹塑性承载能力要求。故为了确保结构的安全，有必要对结构进行从张拉开始到张拉成型后加载的全过程仿真分析。本文将理论研究与实际工程结合，以盘锦体育场大跨度索膜结构屋盖为研究对象，对其进行施工过程以及成型后加载过程进行了如下分析：
　　首先，对大跨度预应力结构施工张拉方法进行了详尽的分析，根据工程实际情况，通过对不同施工方法进行比较，选择通过部分索的提升实现所有索的张拉的施工方法。
　　其次，应用有限元软件采用重启动分析方法，对索与膜的张拉过程分别进行模拟。对索的张拉过程模拟，通过不同施工方案比较，得出最佳施工张拉方案。对膜的张拉过程模拟，通过施加温度场的方法，以实现膜中应力场模拟，得出膜张拉过程对索力以及位移的影响。
　　再次，本文以结构张拉成型后的模型为基础，分析不同的荷载状态下结构的受力状态，得出不同荷载对结构的影响程度。对结构进行了模态分析，得出张拉膜对于索膜结构的动力影响。对结构进行了几何非线性及几何、材料双非线性分析，得出该结构大荷载下弹塑性发展规律。通过改变结构初始预应力状态，对模型进行双非线性分析，得出索的预应力度对结构受力及变形性能影响，对实际工程中预应力大小的选取提出合理建议。
　　分析表明，部分索在内力峰值出现于施工过程中，不同张拉方式均能达到既定成形态；预应力膜的存在对于结构刚度以及整体形状产生很大的影响；该结构对于温度变化较为敏感；在大荷载下悬挑较小且刚度较大部位吊索较容易破坏，膜一般不会破坏；通过加大索的预应力度对结构的变形控制效果有限。