北京工业大学(高占远).ppt

1、,劲性支撑穹顶结构敏感性分析,报告人：高占远 ,10/10/2020,2,ISE-BJUT,研究现状,敏感性分析,主要结论,结构简介,10/10/2020,3,ISE-BJUT,结构简介,索穹顶结构存在一些技术难题 杆件定位相对困难 结构几乎不存在自然刚度,目前的解决方法 寻找简捷高效且精度好的施工模拟方法和施工工艺 袁行飞提出“拆杆法”的反分析法、罗尧治采用奇异值分解法、沈祖炎等采用控制索原长方法等。 改良和创新新型的结构 卓新等提出逐层双环索穹顶结构、刘晚成等提出预应力网壳-索穹顶组合结构，蔡丽等提出倾斜撑杆式索穹顶结构等,10/10/2020,4,ISE-BJUT,研究简介,根本原因 索

2、为柔性构件。对各种误差敏感且不易定位 提出劲性支撑穹顶结构 薛素铎教授等提出用高强钢拉杆替换索穹顶结构下部柔性索,图1-8 劲性支撑穹顶结构,1 刚性环梁； 2 斜拉杆； 3 环向杆； 4上层脊索； 5 竖向撑杆,10/10/2020,5,ISE-BJUT,结构简介,通过对劲性支撑穹顶结构研究，主要解决以下几个问题。 静动力特性及参数影响规律分析。 施工方法及施工成形分析方法研究 模型试验研究 风振响应分析 新型节点设计与分析 设计施工一体化的分析方法,10/10/2020,6,ISE-BJUT,研究现状,静力性能及参数分析 模态及参数分析 施工方法研究，提出中心场地拼装逐步施工张拉的施工方法

3、 模型试验研究 节点设计与分析 目前已经申请国家级、北京市等各类课题3项 发表学术论文二十余篇，其中多篇被SCI或EI收录 申请专利3项,10/10/2020,7,ISE-BJUT,敏感性分析,意义 结构施工过程影响因素多，不可避免的使得节点坐标和索力与设计值存在误差，使得成形后的结构与设计图纸不符。 包括设计参数误差（杆件参数、截面特性等）、施工误差（如制作误差、假设误差、索的预应力误差等）、测量误差、结构分析模型误差等。 实际施工中，为了调整这种偏差就需调整预应力，需要知道各影响因素的显著程度。,10/10/2020,8,ISE-BJUT,敏感性分析,采用正交试验设计法对弹性模量、支座偏差

4、和杆件长度的偏差进行敏感性分析 算例 肋环型劲性支撑穹顶结构，矢高5.5m，环向12等分，设有道环索，中心拉力环。结构的计算简图如图2所示（图中JS代表脊索，XG代表斜杆，HG代表环杆，CG代表撑杆）。下部高强钢拉杆和撑杆的弹性模量为2.06x105MPa,索的弹性模量为1.85x105MPa。高强钢拉杆的屈服强度为650MPa，索的抗拉强度为1670MPa。,(a)平面图 (b)剖面图 图2 结构平面图和剖面图,10/10/2020,9,ISE-BJUT,敏感性分析,弹性模量 在进行正交试验分析时，选取索和杆的弹性模量共2个因素为对象进行敏感性分析。选取索和杆的弹性模量基准值及1%共三个水平

5、，按照从小到大的顺序依次排列为水平1水平3。考察各因素水平对结构外圈脊索轴力和内拉环撑杆上节点竖向位移的影响。采用正交表对结构进行敏感性分析，方差分析结果如表1所示。,表1 静力性能敏感性分析结果,由表1可知，依据方差分析理论所得到的显著性水平和极差分析结果相同，即索的弹性模量强于杆的弹性模量对静力性能的敏感性，且影响均不显著,10/10/2020,10,ISE-BJUT,敏感性分析,支座误差 支座的误差分为径向误差、环向误差和竖向误差。进行正交试验分析时，选取支座的三个方向误差即径向误差、环向误差和竖向误差三个因素，一次编号为C、D、E。为了定性的比较支座误差对结构的影响程度，计算中选取基准

6、值及30mm共3个水平，依次排序为水平1、水平2和水平3。对劲性支撑穹顶结构的静力性能进行敏感性分析，考察各因素水平对上部结构的最外圈拉索和内拉环撑杆上节点的竖向位移的影响。采用正交表对结构进行敏感性分析，方差分析结果如表2所示。,10/10/2020,11,ISE-BJUT,敏感性分析,支座误差,表2 静力性能敏感性分析结果,由表2方差分析方法可知，得到的敏感性结果与直观分析方法一致，即ECD。支座的竖向误差对结构的静力性能影响最大，应力和位移均表现的十分显著。支座的径向误差对结构静力的应力和位移影响较大。支座的环向误差对结构静力的影响显著，对位移影响不显著。,10/10/2020,12,I

7、SE-BJUT,敏感性分析,杆件长度 在进行正交试验分析时，选取外脊索JS1、内脊索JS3、外斜杆XG1、内斜杆XG2、外环杆HG1、内环杆HG2及外撑杆CG3共7个因素为对象进行敏感性分析，并分别编号为F、G、H、I、J、K、L。计算中分别取基准值及3mm、6mm、9mm共7个水平，各因素按照基准值、-6mm、-4mm、-2mm、2mm、4mm、6mm分别为水平1水平7。对结构进行静力敏感性分析时，考察各水平对结构上的脊索应力和内拉环撑杆上节点的竖向位移的影响。采用 正交表对结构进行静力敏感性分析，方差分析结果如表3所示。,杆件长度,10/10/2020,13,ISE-BJUT,敏感性分析,

8、表2 静力性能敏感性分析结果,10/10/2020,14,ISE-BJUT,敏感性分析,杆件长度 由表3可知方差分析方法得到的各因素对外圈脊索内力和内拉环撑杆上节点竖向位移的影响规律与直观分析法相同。针对外圈脊索内力，外圈撑杆偏差影响不显著外，内圈斜杆杆长偏差影响显著，其它因素均高度显著。针对内拉环撑杆上节点竖向位移，内圈斜杆和外圈撑杆偏差影响不显著，外圈脊索偏差影响显著，其它因素均高度显著。,10/10/2020,15,ISE-BJUT,模型试验,试验目的 通过模型试验，研究了劲性支撑穹顶结构施工方法和静力性能，为该结构的工程实践提供试验基础。 试验内容 设计了一直径为6m的肋环型劲性支撑穹

9、顶结构。 试验研究了中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法。 模型试验过程中，验证了施工敏感性分析的正确性,10/10/2020,16,ISE-BJUT,模型试验,遇到的问题及解决策略 （1）张拉中脊索时，出现各索内力不均匀现象。 原因，第一、临时支撑的连接件距离 中心点的距离不一致。第二、相同位 置的索长度不一致造成。,解决策略： 校核临时连接件到中心点的距离，根据实际情况定临时连接件到中心点的距离定为198.5cm，通过全站仪由周边柱子上的中心点反测到临时装置的柱面上，由两个方向的点确定连接件的位置，以保证连接件到中心点的距离及环向的各连接件之间的距离。,10/10/2020,17,ISE-BJUT,模型试验,各脊索构件长度的量测校核， 采取张拉前和张拉后两次校 核的方式。,（2）试张拉过程中出现脊索松弛，结构未起拱现象 相同位置的构件长度存在差异 张拉位置存在问题，即导链放 置位置过低。,10/10/2020,18,ISE-BJUT,主要结论,针对劲性支撑穹顶结构外圈脊索内力和中心内拉环撑杆上节点竖向位移，索的弹性模量偏差比杆的弹性模量偏差对其影响大，但均不显著。 针对劲性支撑穹顶结构外圈脊索内力和中心内拉环撑杆上节点竖向坐标，支座定位的竖向偏差的影响最大，环向偏差影响最小。支座定位的竖向误差和径向误差影响高度显著。 针