大跨度张弦桁架结构施工过程优化研究

论文摘要

随着人们对物质、精神文化追求的不断提高以及城市化进程的加速推进,许多大跨空间结构拔地而起,使得城市面貌日新月异。大跨空间结构的发展是为满足人们的生活、生产需求而相应提出并发展的。在大跨空间结构中具有轻盈优美的建筑形式的大跨度预应力张弦桁架结构备受人们青睐。该结构造型简洁、流畅、大方,展现了现代建筑的现代化气息。大跨度张弦桁架结构是在普通桁架结构下弦加撑杆,并在撑杆下端穿索并施加预应力而形成的具有预应力的张弦桁架结构。张弦桁架结构在我国建筑领域的广泛应用,对其使用过程中受力性能及动力特性的研究也取得了一定的进展。然而对于大跨度张弦桁架结构来讲,由于预应力的施加使得其施工过程的复杂性,可能会出现比使用阶段更为不利的受力状态。所以有必要研究施工过程中采用何种张拉方案,能够使得桁架杆件内力最小,且变形相对较小。由于影响张弦桁架施工张拉过程的因素很多,本论文将以影响张拉过程的主要因素张拉分级及张拉顺序进行分析研究,得出大跨度张弦桁架结构施工张拉过程与张拉顺序及张拉分级的规律,以为后续建设类似工程提供相应的技术经验。本文首先介绍了张弦桁架结构的发展应用,从张弦桁架结构的提出到国内外工程的应用及其国内外相关研究进展。其次介绍了几何非线性有限元理论及张弦桁架结构仿真分析的方法。然后介绍了本文引用的黄河口物理模型试验厅工程施工及监测。最后本文采用有限元程序ANSYS11.0进行大跨度张弦桁架结构施工张拉过程的模拟。结合实际工程黄河河口物理模型试验厅海域B厅的施工过程进行仿真模拟分析研究,并与实际监测数据进行对比,结果表明监测数据结果与仿真分析结果吻合较好,验证了通用程序在分析张拉过程中的正确性。文中提出了几种不同张拉方案,分别进行了有限元模拟,研究张弦桁架结构在不同的张拉方案中内力及变形的变化规律,通过对比和分析,提出了针对大跨度张弦桁架结构张拉过程的优化张拉方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 张弦桁架结构的发展应用概述
• 1-1-1 预应力张弦桁架结构的提出
• 1-1-2 预应力张弦桁架结构的分类及特点
• 1-1-3 预应力张弦桁架结构国内外工程应用
• 1-2 张弦桁架结构国内外研究进展
• 1-2-1 张弦桁架受力性能
• 1-2-2 张弦桁架结构计算理论
• 1-2-3 张弦桁架结构施工过程分析的研究
• 1-3 存在的问题
• 1-4 本文的主要工作
• 第二章 几何非线性有限元理论
• 2-1 几何非线性分析的基本方法
• 2-1-1 完全的拉格朗日（T. L）公式
• 2-1-2 修正的拉格朗日（U. L）公式
• 2-1-3 （T. L）方程与（U. L）方程两种方法的比较与讨论
• 2-2 非线性方程组求解的基本方法
• 2-2-1 增量法
• 2-2-2 N－R 迭代法
• 2-2-3 混合法
• 2-3 本章小结
• 第三章 张弦桁架结构施工仿真分析方法
• 3-1 引言
• 3-2 施工工艺及影响参数
• 3-2-1 拼装顺序
• 3-2-2 预应力施加方式
• 3-2-3 临时支架系统
• 3-2-4 张拉次数及张拉顺序
• 3-3 施工成形过程
• 3-3-1 找形分析
• 3-3-2 张拉过程分析
• 3-4 施工过程模拟方法
• 3-4-1 施工反分析法简介
• 3-4-2 施工正分析法简介
• 3-4-3 两种模拟方法的比较
• 3-5 Ansys 软件实现施工仿真分析的方法
• 3-5-1 单元选取
• 3-5-2 生死单元功能
• 3-5-3 ANSYS 中预应力的施加
• 3-6 本章小结
• 第四章 大跨张弦桁架结构工程施工及监测
• 4-1 工程概况
• 4-2 施工方案
• 4-2-1 吊装方案
• 4-2-2 拉索施工方案
• 4-3 施工过程监测
• 4-3-1 本工程监测的目的、意义及必要性
• 4-3-2 监测方案
• 4-3-3 数据采集系统
• 4-4 黄河口物理模型试验厅施工张拉过程仿真分析
• 4-4-1 有限元模型
• 4-4-2 实际施工张拉方案的仿真分析
• 4-4-3 误差分析
• 4-5 本章小结
• 第五章 施工张拉方案比较分析优化
• 5-1 预应力张拉方案
• 5-1-1 方案一
• 5-1-2 方案二
• 5-1-3 方案三
• 5-1-4 方案四
• 5-1-5 方案五
• 5-1-6 方案六
• 5-2 张拉方案的比较与优化
• 5-3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 论文主要工作
• 主要结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果