新型复合式索穹顶结构施工成型技术及监测研究.doc

新型复合式索穹顶结构施工成型技术及监测研究索穹顶结构是由若干连续的柔性拉索和不连续压杆组成的一种结构效率极高的张拉索杆体系,它发展于20世纪80年代。该结构因用钢量省自重轻,造型优美且构思巧妙的原因在之后三十余年的时间里不断发展,成功运用于国外很多大跨结构中。国内已有少量工程采用了索穹顶屋盖结构,但对该结构的施工技术研究尚处于起步阶段,与国外成熟的施工技术相比尚有差距,因此非常有必要继续开展深入研究。本文以国内最大跨度的复合式索穹顶—天津理工大学体育馆索穹顶(以下简称该工程)为工程背景,该工程具有外环梁呈马鞍形、屋面结构形式复杂等特点。首先回顾了既有索穹顶工程的施工成型技术以及在施工过程中遇到的问题,结合本工程施工现场高空散装发现的不足,从减小拉索安装内力的问题入手,提出一种塔架顶升安装施工方法。根据该工程的安装和张拉方案,运用ANSYS有限元软件中的生死单元方法,采用逆向分析对工程安装和成型全过程进行了数值模拟,得到每个施工控制步结构的索力和各节点坐标,为施工现场提供控制数据。针对张拉最外圈斜索的成型方法,对比了三种不同的斜索张拉顺序,分析发现隔轴张拉外斜索的张拉方式最合理。针对索穹顶施工过程中最难控制的环梁施工误差和拉索下料误差进行了分析。发现外斜索和外脊索都需要可调节端来抵消环梁施工误差,且拉索下料误差不宜大于索长的1/1000。在该工程的建造期间,利用全站仪和布置在撑杆上的振弦计对施工过程中节点坐标的变化和应力的改变进行了采集和分析,并与有限元结果进行了对比,进而验证了施工方案的可靠性和准确性。为了验证前文提出的塔架顶升安装施工方法的正确性,基于该项目,制作了1:15的试验模型,说明了试验的构件设计,并通过该模型对两种施工方法的对比,验证了塔架顶升安装施工方法的有效性。经过以上对该工程体系的施工成型技术及施工监测的分析,可对类似边界不等高的复合式索穹顶工程的施工方案制定及施工监测提供一定参考。