基于仿真分析的大跨斜拉索拱钢结构安装方法研究

摘要

大跨斜拉索拱钢结构是一种新型的大跨空间结构，从结构形式上说，大跨斜拉索拱钢结构是斜拉结构和索拱结构的组合，既具有两者的某些特性又与两者有很大的区别。大跨斜拉索拱钢结构整体性能良好，受力合理，构造经济，能适应不同的平面图形和轮廓，具有广阔的发展前景。但是，由于大跨斜拉索拱钢结构造型新颖，国内施工实践较少，对于其安装施工规律特性的掌握还不十分透彻。为了深入了解此类结构施工安装的特点和规律，本文借助施工仿真分析手段，以郑州会展展览中心钢结构工程为主要工程背景，进行了下列研究： 1.总结常用大跨钢结构安装方法的施工技术特点，及其主要的优缺点，研究大跨钢结构整体安装施工方案选择的主要影响因素、比较原则，结合大跨斜拉索拱结构的结构特性分析其施工方案的优选过程。 研究表明：大跨斜拉索拱结构安装方案的选择必须符合其结构特性，大跨斜拉索拱结构的安装应分别针对斜拉结构单元和索拱单元的不同特点综合使用基本安装方法。施工现有条件会使某些评价因素变为主导性的制约条件，并最终决定实际实施的施工安装方案。 2．阐述结构施工仿真计算的理论基础、方法基础，选择适合大跨斜拉索拱钢结构的有限元方法，离散结构，建立相应的计算模型，借助ANSYS程序进行施工仿真分析。 3．针对郑州会展工程，依据施工仿真计算结果，分析大跨斜拉索拱结构施工安装中的应力、变位变化状况。由于仿真计算方法充分考虑了大跨斜拉索拱结构在施工中的形成过程，计算过程与施工过程一致，因而计算结果更符合工程实际，也更加可靠，从而检验了大跨斜拉索拱结构在施工期间的安全性，为施工中选择加固、处理措施提供了依据。 4．对同一个大跨钢结构建筑，当其安装的技术路线不同时，其结构的施工应力路径也不同，从而产生不同的施工影响。显然，这同样是判断安装方法优劣、优化安装方法的重要依据。本文针对局部提升施工方案，仿真模拟了两种安装线路不同的大跨斜拉索拱结构整体施工方案，对其施工应力特性进行比较分析，并在此基础上对大跨斜拉索拱结构整体施工方案进行了优化。 5．针对郑州会展中心展览中心屋盖安装工程的重点难点分项工程作专门研究。主要包括索张拉施工与计算机控制同步液压提升施工两个部分。通过仿真分析确定这两个分项施工安全、可靠的施工方案；确定合理的张拉顺序，确定施工张拉力；确定合适的提升点布置，分析提升差带给结构的内力影响，确定合适的提升差控制值，验算提升差影响下的杆件安全性。 研究表明：采用施工仿真技术模拟分析索张拉施工和提升施工，为实际施工方案的制定提供了计算依据，提高了大跨斜拉索拱结构施工安装的合理性和先进性，降低了施工中发生质量、安全事故的可能。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1大跨空间结构

1.1.1大跨空间结构的定义与分类

1.1.2大跨空间钢结构的形式

1.2大跨空间钢结构在中国的发展与运用

1.3大跨斜拉索拱结构的特点及运用

1.4郑州国际会展中心钢结构工程概况

1.5本文研究的内容

第二章 大跨斜拉索拱钢结构安装方案选择

2.1.常用大跨度钢结构安装方法及其技术特性

2.2大跨斜拉索拱钢结构安装方案选择的基本原则

2.2.1大跨钢结构安装方案选择的一般原则

2.2.2大跨斜拉索拱结构安装方案的选择

2.3郑州国际会展中心钢结构方案的选择

2.4.1郑州会展展览中心屋盖安装方案的初选

2.4.2方案可行性比较与选择

2.4本章小结

第三章 大跨斜拉索拱钢结构安装仿真分析的方法基础

3.1大跨钢结构施工分析理论

3.1.1施工分析理论的发展历程

3.1.2施工分析的力学基础

3.1.3施工分析的数学基础

3.1.4大跨空间结构中的施工力学

3.2安装仿真分析方法

3.3大跨斜拉索拱钢结构的计算模型与仿真分析

3.3.1大跨空间结构有限元法

3.3.2大跨斜拉索拱结构计算模型与简化

3.3.3 ANSYS生死高级分析功能

3.4本章小结

第四章 大跨斜拉索拱钢结构安装全过程仿真分析

4.1郑州会展展览中心钢结构施工安装概述

4.2施工安装全过程仿真计算

4.2.1仿真计算模型

4.2.2仿真计算简图

4.2.3仿真计算模拟及注意事项

4.3计算结果及分析

4.4“先张后升”和“先升后张”安装的施工应力比较

4.4.1“先张后升”和“先升后张”安装

4.4.2“先升后张”安装的施工仿真计算

4.4.3施工仿真计算结果比较

4.5本章小结

第五章 大跨斜拉索拱钢结构安装关键问题仿真分析

5.1引言

5.2索张拉施工仿真分析

5.2.1索张拉施工中的主要问题

5.2.2索张拉方案的确定

5.2.3确定索的张拉力

5.3索拱桁架同步提升施工仿真分析

5.3.1同步提升施工概况

5.3.2提升结构分段的划分与地面拼装

5.3.3提升点布置方案的确定

5.3.4提升点升差对结构内力的影响分析

5.4本章小结

第六章 全文总结

参考文献

致谢