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【摘要】本文以一种新型钢网架结构与预应力拉索相结合的刚柔相济的斜拉式混合结构体系某奥林匹克中心体育场为研究对象,选用结构分析与设计软件MIDAS/gen对张拉过程进行精确的施工仿真模拟计算分析,为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据。分析结果有利于弥补在制索过程中无法达到的精度或产生的误差和保证预应力施工完成后的钢索拉力值符合设计要求。
【关键词】预应力拉索;施工方案;模拟计算
Analysis and study on construction program of the pre-stressed cables in mixed structural system by the inclined drawing method
Guo Ying1,Song Zhi-fei2,Liu Xiao-qun3,Zhu Yu4
(1.Architectural and Engineering institute, Shenyang UniversityLiaoningShenyang110044;
2.School of Civil Engineering, North China University of TechnologyBeijing100041;
3.Architectural and Engineering institute, Shenyang UniversityLiaoningShenyang110044;
4.The City Building Develop Co.,Ltd. of Shenyang city Tiexi regionLiaoningShenyang110025)
【Abstract】In this paper, it is researched on the hybrid structure system that is combined by a new steel truss structure and pre-stressed cables are stayed with hardness and softness, using structural analysis and design software MIDAS / gen to calculate and analyze the tensioning process for construction simulation, it is provided a theoretical basis for determining the value when the actual tension is tensioned. The analysis results are good at making up accuracy that can not be achieved or generate errors in the construction process and ensuring that the value of steel cables is satisfied with the design requirements after the completion of construction.
【Key words】Pre-stressed cables;Construction program;Simulate calculation
本文所研究的某奥林匹克中心体育场预应力工程为一种新型钢网架结构与预应力拉索相结合的刚柔相济的斜拉式混合结构体系。预应力钢结构工程具有施工难度大、施工前期准备工作量大的特点,因此为使工程达到设计质量要求,确定该工程技术要点是根据该工程的特点制定完善的施工技术设计。施工技术设计是为预应力钢结构的施工进行技术准备。施工技术设计中着重注意的技术要点体现在制索、挂索和预应力钢索张拉过程中。虽然制索在工厂内完成,但制索的精度应在施工技术设计中得到计算和控制。一些在制索过程中无法达到的精度或产生的误差宜在施工过程中通过相关的技术手段进行弥补;由于屋面钢结构是一个整体,各榀钢索的张拉力互相影响,为了保证预应力施工完成后的钢索拉力值符合设计要求,需对张拉过程进行精确的施工仿真模拟计算分析。
1. 斜拉式混合结构体系的模拟计算模型
采用钢网架结构与预应力拉索相结合的刚柔相济的某斜拉式混合结构体系,罩棚为网壳结构。其俯视图和轴侧如图。
图1某奥林匹克中心体育场罩棚俯视图
图2某奥林匹克中心体育场罩棚轴侧图
2. 预应力施工过程模拟计算分析
2.1预应力钢结构施工过程:
(1)中间主体钢网架拼装完成;
(2)利用吊车将梭形柱分段吊装与拼接,并用揽封绳将梭形柱临时固定;
(3)梭形柱两侧钢网架拼装;
(4)利用吊车将与梭形柱相连的上部拉索安装完成;
(5)网架下部稳定索安装;
(6)按照分级对称的原则张拉钢索,对结构施加预应力。张拉分3级,每级13步,第1级张拉到控制应力的40%,第2级张拉到控制应力的80%,第3级张拉到控制应力的100%;
(7)预应力施工完成。
根据上文所描述的施工顺序,对张拉过程进行了模拟计算。计算软件选用结构分析与设计软件MIDAS/gen。MIDAS/gen由韩国钢铁公司-POSCO开发,成功应用于韩日世界杯体育场及多个大型工程项目中。MIDAS/gen中文版界面友好,其单元库包含索单元、杆单元、梁单元、板单元及实体单元,各种单元可以联合计算,可以进行几何非线性和材料非线性分析,能够满足本工程施工模拟计算的需要。
2.2计算结果分析。
2.2.1竖向位移等值线图(mm)(图3~图4)
(1)钢结构与拉索安装完成,预应力张拉之前
图3
(2)第1级、第1步
图4
2.2.2钢结构应力等值线图(MPa)(图5-图6)
(1)钢结构与拉索安装完成,预应力张拉之前
图5
第2级、第2步
图6
2.2.3拉索内力等值线图(kN)(图7-图8)
(1)钢结构与拉索安装完成,预应力张拉之前
图7
第3级、第3步
图8
注:以上结果仅取每级各一步。
3. 结论
(1) 该模拟计算分析验证了施工方案的可实施性,确保张拉过程的安全;
(2) 给出每张拉步钢索张拉力的大小,为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据;
(3) 给出每张拉步结构的变形及应力分布,为张拉过程中的变形及应力监测提供理论依据;
(4) 根据计算出来的张拉力的大小,可选择合适的张拉机具,并设计合理的张拉工装。
参考文献
[1]陈绍蕃,顾强.钢结构.中国建筑工业出版社.2007.6
[2]网壳结构技术规程JGJ 61-2003,中国建筑工业出版社,2003
[3]陆赐麟,尹思明,刘锡良.现代预应力钢结构.人民交通出版社.2003.12
[4]邓华,董石麟,包红泽. 拉索预应力空间网格结构的计算分析方法. 浙江大学学报 (自然科学版)第32卷第5期,1998
[5]沈祖炎,陈杨骥.网架与网壳.上海:同济大学出版社,1997
[文章编号]1006-7619(2009)10-31-976
【关键词】预应力拉索;施工方案;模拟计算
Analysis and study on construction program of the pre-stressed cables in mixed structural system by the inclined drawing method
Guo Ying1,Song Zhi-fei2,Liu Xiao-qun3,Zhu Yu4
(1.Architectural and Engineering institute, Shenyang UniversityLiaoningShenyang110044;
2.School of Civil Engineering, North China University of TechnologyBeijing100041;
3.Architectural and Engineering institute, Shenyang UniversityLiaoningShenyang110044;
4.The City Building Develop Co.,Ltd. of Shenyang city Tiexi regionLiaoningShenyang110025)
【Abstract】In this paper, it is researched on the hybrid structure system that is combined by a new steel truss structure and pre-stressed cables are stayed with hardness and softness, using structural analysis and design software MIDAS / gen to calculate and analyze the tensioning process for construction simulation, it is provided a theoretical basis for determining the value when the actual tension is tensioned. The analysis results are good at making up accuracy that can not be achieved or generate errors in the construction process and ensuring that the value of steel cables is satisfied with the design requirements after the completion of construction.
【Key words】Pre-stressed cables;Construction program;Simulate calculation
本文所研究的某奥林匹克中心体育场预应力工程为一种新型钢网架结构与预应力拉索相结合的刚柔相济的斜拉式混合结构体系。预应力钢结构工程具有施工难度大、施工前期准备工作量大的特点,因此为使工程达到设计质量要求,确定该工程技术要点是根据该工程的特点制定完善的施工技术设计。施工技术设计是为预应力钢结构的施工进行技术准备。施工技术设计中着重注意的技术要点体现在制索、挂索和预应力钢索张拉过程中。虽然制索在工厂内完成,但制索的精度应在施工技术设计中得到计算和控制。一些在制索过程中无法达到的精度或产生的误差宜在施工过程中通过相关的技术手段进行弥补;由于屋面钢结构是一个整体,各榀钢索的张拉力互相影响,为了保证预应力施工完成后的钢索拉力值符合设计要求,需对张拉过程进行精确的施工仿真模拟计算分析。
1. 斜拉式混合结构体系的模拟计算模型
采用钢网架结构与预应力拉索相结合的刚柔相济的某斜拉式混合结构体系,罩棚为网壳结构。其俯视图和轴侧如图。
图1某奥林匹克中心体育场罩棚俯视图
图2某奥林匹克中心体育场罩棚轴侧图
2. 预应力施工过程模拟计算分析
2.1预应力钢结构施工过程:
(1)中间主体钢网架拼装完成;
(2)利用吊车将梭形柱分段吊装与拼接,并用揽封绳将梭形柱临时固定;
(3)梭形柱两侧钢网架拼装;
(4)利用吊车将与梭形柱相连的上部拉索安装完成;
(5)网架下部稳定索安装;
(6)按照分级对称的原则张拉钢索,对结构施加预应力。张拉分3级,每级13步,第1级张拉到控制应力的40%,第2级张拉到控制应力的80%,第3级张拉到控制应力的100%;
(7)预应力施工完成。
根据上文所描述的施工顺序,对张拉过程进行了模拟计算。计算软件选用结构分析与设计软件MIDAS/gen。MIDAS/gen由韩国钢铁公司-POSCO开发,成功应用于韩日世界杯体育场及多个大型工程项目中。MIDAS/gen中文版界面友好,其单元库包含索单元、杆单元、梁单元、板单元及实体单元,各种单元可以联合计算,可以进行几何非线性和材料非线性分析,能够满足本工程施工模拟计算的需要。
2.2计算结果分析。
2.2.1竖向位移等值线图(mm)(图3~图4)
(1)钢结构与拉索安装完成,预应力张拉之前
图3
(2)第1级、第1步
图4
2.2.2钢结构应力等值线图(MPa)(图5-图6)
(1)钢结构与拉索安装完成,预应力张拉之前
图5
第2级、第2步
图6
2.2.3拉索内力等值线图(kN)(图7-图8)
(1)钢结构与拉索安装完成,预应力张拉之前
图7
第3级、第3步
图8
注:以上结果仅取每级各一步。
3. 结论
(1) 该模拟计算分析验证了施工方案的可实施性,确保张拉过程的安全;
(2) 给出每张拉步钢索张拉力的大小,为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据;
(3) 给出每张拉步结构的变形及应力分布,为张拉过程中的变形及应力监测提供理论依据;
(4) 根据计算出来的张拉力的大小,可选择合适的张拉机具,并设计合理的张拉工装。
参考文献
[1]陈绍蕃,顾强.钢结构.中国建筑工业出版社.2007.6
[2]网壳结构技术规程JGJ 61-2003,中国建筑工业出版社,2003
[3]陆赐麟,尹思明,刘锡良.现代预应力钢结构.人民交通出版社.2003.12
[4]邓华,董石麟,包红泽. 拉索预应力空间网格结构的计算分析方法. 浙江大学学报 (自然科学版)第32卷第5期,1998
[5]沈祖炎,陈杨骥.网架与网壳.上海:同济大学出版社,1997
[文章编号]1006-7619(2009)10-31-976