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整体折升法是一种区别于传统施工方法的网壳施工办法,其核心思想是通过临时去掉一些杆件并在结构中设置单轴铰使结构在施工过程中暂时成为一个机构,可以趴伏在地面附近完成大部分杆件的安装,之后折升到预定高度后再装上拆除的杆件使其恢复为结构。该方法施工速度快,工程造价低,同时由于高空作业量大大减少,使其施工质量易于控制。目前国内尚未将此方法运用到双曲率网壳的穹顶结构中,关于其动力特性的研究也很少涉足。
本文以2008北京奥运会老山自行车馆双层球面网壳屋盖结构为工程背景,建立了网壳的有限元模型,并且在确定铰线及分瓣后,对网壳折升全过程进行了三维模拟;采用有限元分析方法,分析了结构在折升各个阶段的自振特性;利用瞬态动力学分析理论,深入分析了整体折升过程中结构在各个高度启动、制动时产生的动力响应;为考虑最不利情况,模拟了顶升设备对网壳有振动激励作用时结构产生的动力响应;此外,以焊接球节点为基础,设计了实用销轴铰节点,使其在网壳折升就位后不必拆除并继续发挥作用,为整体折升法的实际应用创造了条件。
研究表明,折升越接近完成高度,结构的动力响应越明显;第一铰线铰点在折升时产生的动力响应最为显著,受此影响其附近的杆件会产生较大应力;顶升点周围的杆件由于直接受到顶升力的作用,产生的应力最大,其截面仅由使用阶段的荷载工况来决定截面大小是不安全的,结构在施工过程中产生的动力响应对其截面选取起着控制作用。以上结论为穹顶结构使用整体折升法施工奠定了更扎实的基础。