月牙形索桁架施工成型优化分析及误差影响和控制技术研究

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月牙形索桁架张力结构是一种新颖、轻型、高效型的索杆张力结构,其与普通的轮辐式索桁结构的最大区别是内、外环是不封闭的,且月牙外形使得各榀索桁架平面形状不同和内力分布差异明显。  本文主要在月牙形索桁结构的成型技术方法及优化、结构实际成型结果和理论计算分析的对比、月牙形索桁架误差影响与控制技术等方面进行了研究,主要做了以下几方面的研究工作:  归纳索桁架结构的基本概念、特点以及典型工程应用。就目前索桁结构的成型技术和误差敏感性分析的研究现状进行了论述。  阐述结构成型分析理论,包括预应力索桁架结构解析计算基本理论,有限元分析原理,找力分析迭代法,以及本工程施工过程找形分析方法——确定索杆系静力平衡态的非线性动力有限元法。  基于“索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法”,结合乐清体育场索桁架结构工程,对结构成型过程进行了优化,解决了提升阶段和张拉阶段的施工衔接问题,部分拉索在一些关键工况下索力增幅偏大且不均问题,上弦索和环索连接处的环索折角过大和两段索力差较大问题,以及张拉阶段后期索力增幅较大问题,从而使结构在施工过程中,内力和形态的变化更加均匀。下弦索张拉过程控制和结构索力监测结果显示,本施工成型方法及优化措施取得了良好效果。  实际施工中张力结构存在预张力偏差和形状偏差,其主要原因是存在索杆几何误差、张力测量误差、温度变化影响等因素,文中首先根据相关规范,拟定各类误差取值,然后基于最大索长误差、张拉力误差和温度变化,对乐清索桁架结构进行了敏感性分析,并提出了误差控制建议。其中,基于索长误差的敏感性分析中,环索最大正误差分布、下弦索最大正误差分布与最大负误差分布、以及相邻弦索正负误差交叉分布这三种索长误差分布对结构的敏感性较大,其控制要求需高于规范允许值,并对上、下弦索正负交叉分布误差提出了采用索长误差和索长比作为控制因素。  最后本文分析了上、下弦索索力在索长随机索长误差分布下的敏感性。建立了索长误差的随机数学模型。实测上、下弦索误差不宜引入结构。索长误差控制不适用于下弦索,对下弦索的索力控制宜采用张拉力控制。此外,分析了支座结构刚度对结构敏感性的影响。
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