弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工技術及施工全過程模擬措施分析

摘 要：本文以弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工為研究對象，從弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工技術分析以及弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工全過程模擬措施分析這兩個方面入手，圍繞這一問題展開了較為詳細的分析與闡述，并據(jù)此論證了該計算模擬與模擬計算方式在針對弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工進行穩(wěn)定且精確控制的過程中所起到的重要作用與意義。

關鍵詞：弦支穹頂；結(jié)構(gòu)施工；全過程；模擬；技術；措施；分析

在當前技術條件支持下，弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工應用最普遍與成熟的方式即為張拉預應力索結(jié)構(gòu)施工技術，這一點是毫無疑問的。換句話來說，弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工階段分析的重點內(nèi)容在于對張拉全過程的分析。然而當前的實際情況在于：相關研究學者有關張拉過程的分析并未能夠深入考慮施工全過程模擬相對于施工工藝的影響，并且有關張拉機理的研究也存在較為顯著的缺失，以上問題均直接導致了所確定拉張模擬算法無法完全與工程實際相契合。本文基于對弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工技術的分析，提出了包括施工順序、預應力張拉施加形式、臨時支撐系統(tǒng)以及預應力張拉形式在內(nèi)的四大關鍵施工環(huán)節(jié)模擬參數(shù)，并借助于有限元分析方式構(gòu)建相應的時變模型與計算程序，現(xiàn)對其做詳細分析與說明。

一 弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工技術分析

大量工程實踐研究結(jié)果表明：從某種角度上來說，弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工階段的受力狀態(tài)與施工技術存在著極為密切的聯(lián)系，針對施工階段張拉全過程進行模擬分析的前提在于對現(xiàn)階段弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工技術做出合理分析與研究。具體而言，應當重點關注以下幾個方面的問題：①施工順序：包括桿件拼裝、結(jié)構(gòu)張拉以及結(jié)構(gòu)吊裝這三個方面；②預應力張拉施加形式：包括張拉環(huán)向索、張拉徑向索以及頂升撐桿這三個方面；③臨時支撐系統(tǒng)：包括滿堂腳手架、臨時臺架以及臨時支撐這三個方面；④預應力張拉形式：包括張拉順序與張拉批次這兩個方面。

二 弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工全過程模擬措施分析

我們知道，在弦支穹頂結(jié)構(gòu)性施工全過程當中，拉張施工階段從本質(zhì)上來書屬于一個時變性過程，即包括桿件個數(shù)、荷載作用力以及準結(jié)構(gòu)邊界性指標在內(nèi)的相關參數(shù)均處于動態(tài)變化性過程當中。換句話來說，若將初應變作用力視作結(jié)構(gòu)參數(shù)的一種特殊性表現(xiàn)形式，將其引入計算模型當中，則整個拉張過程就是一個時變過程，其在模擬內(nèi)容、預拉力以及荷載等各個方面均與使用階段數(shù)值模擬存在一定的差異性。詳細來說：①使用階段起始幾何數(shù)值模擬為建筑設計幾何，而拉張階段幾何數(shù)值模擬為放樣幾何；②使用階段基本構(gòu)件數(shù)值模擬為網(wǎng)殼、撐桿以及索，而拉張階段基本構(gòu)件數(shù)值模擬為網(wǎng)殼、撐桿、索以及臨時性支撐；③使用階段預拉力數(shù)值模擬為不變，而拉張階段預拉力數(shù)值模擬為變化；④使用階段荷載數(shù)值模擬為變化，而拉張階段荷載數(shù)值模擬為可能不變。基于以上分析，針對弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工全過程的模擬重點應當關注以下幾個方面的內(nèi)容。

（１）臨時支撐數(shù)值模擬分析

很明顯，對于弦支穹頂結(jié)構(gòu)性施工而言，施工過程中臨時性支撐作用力的增減將導致施工結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬過程中變邊界特性產(chǎn)生一定影響。從這一角度上來說，確保臨時支撐數(shù)值模擬的正確性將直接關系到模擬變邊界特性的取值。在當前技術條件支持下，臨時性支撐形式僅僅存在于弦支穹頂結(jié)構(gòu)性施工的作業(yè)階段，在整個弦支穹頂結(jié)構(gòu)張拉拱起且建筑施工主體結(jié)構(gòu)完全與臨時性支撐脫離之后，臨時性支撐將完全退出施工作業(yè)。結(jié)合臨時支撐的受力形式，通過對軸向壓力的承受性分析能夠確保臨時支撐模擬的準確性。

（２）施工順序及張拉力施加數(shù)值模擬分析

可以說，分析模型中所確定的結(jié)構(gòu)荷載作用力、臨時支撐數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)、預應力施加方式以及數(shù)值模擬過程中張拉順序的確定都將在一定程度上影響整個弦支穹頂結(jié)構(gòu)性施工順序的模擬與確定。一般情況下推薦選取前進法對整個施工順序予以模擬，采用施加初應變的方式對環(huán)鎖張拉形式及張拉作用力與模擬，結(jié)合由外至內(nèi)的方式進行張拉分析。

（３）張拉過程控制變量的確定分析

在張拉施工逐步推進的過程中，弦支穹頂結(jié)構(gòu)將逐漸與臨時支撐部件相脫離并逐步成形，這也就使得結(jié)構(gòu)變形相對于張拉作用力的敏感性有所減少。從這一角度上來說，針對張拉施工過程進行的模擬分析等同于給定各環(huán)鎖部件在各個張拉階段目標預拉力計算對應的結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力參數(shù)。一般推薦選取以預應力及變形作用力所組合形成的雙重控制變量作為張拉過程基本控制變量。

（４）張拉全過程算法分析

在借助于SCAP張拉全過程分析程序的應用基礎之上，其模擬算法的主要步驟可以歸納為以下幾個方面：①.借助于SFP程序?qū)ο抑я讽斀Y(jié)構(gòu)主體進行施工找形；②.依照找形階段所獲取的放樣態(tài)更新數(shù)值對數(shù)值計算模型予以分析；③.在引入弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工階段模型初應變作用力的基礎之上施加相應的外荷載作用力；④.在幾何非線性計算方式的作用之下以此獲取弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工各階段的控制索力及節(jié)點控制位移模擬參數(shù)結(jié)果。

三 結(jié)束語

我們知道：對于弦支穹頂結(jié)構(gòu)而言，受到拉索構(gòu)件的影響，整個弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工過程當中的力學性能與使用階段力學性能表現(xiàn)出了較為顯著的差異性。而改變此問題的關鍵在于針對弦支穹頂結(jié)構(gòu)施工全過程進行精確的模擬分析，本文以此為中心論點做出了簡要分析與說明，希望能夠引起各方關注與重視。

參考文獻

[1] 魏德敏.徐牧.李頔等.大跨度索穹頂結(jié)構(gòu)風振響應的頻域分析. [J].華南理工大學學報（自然科學版）.2012.40.（04）.112-117.

[2] 鄭君華.董石麟.詹偉東等.葵花型索穹頂結(jié)構(gòu)的多種施工張拉方法及其試驗研究. [J].建筑結(jié)構(gòu)學報.2006.27.（01）.112-116.

[3] 陳聯(lián)盟.董石麟.凱威特型索穹頂結(jié)構(gòu)多種張拉成形方案模型試驗研究. [J].建筑結(jié)構(gòu)學報.2010.31.（11）.45-50.

[4] 鄭君華.袁行飛.董石麟等.兩種體系索穹頂結(jié)構(gòu)的破壞形式及其受力性能研究. [J].工程力學.2007.24.（01）.44-50.