基于智能建造的快速全装配大跨度预应力空间钢结构体系创新研究展望

首页-1    教育培训    基于智能建造的快速全装配大跨度预应力空间钢结构体系创新研究展望


  在我国传统式建筑行业已经向现代化、翠绿色化、信息化管理转型发展,另外,疫防抗灾对大空间结构迅速修建明确提出逐步实现,自主创新科学研究当场总体迅速装配的室内空间钢结构管理体系是建筑业的重特大要求.下面由中国智能建筑网小编给大家详细介绍:

  传统式非装配式当场电焊焊接室内空间钢结构管理体系存有开发周期长、工程施工环境污染等难题;现有装配式网格图结构、网壳结构承载能力低,难以达到大跨距.创作者对索穹顶结构、弦支穹顶结构、张弦桁架结构及索网结构等半装配式总体预应力张拉结构从形状剖析、物理性能科学研究、工程施工成型剖析及模型试验科学研究等层面小结了此类结构优点及存在的问题.根据工业生产4.0智能建造和建筑产业化新思想,明确提出自主创新产品研发当场迅速装配的大跨距预应力空间结构管理体系以及联接连接点,在现场迅速总体装配、总体预应力张拉及智能建造等层面进行系统软件的基础理论与实验科学研究.明确提出了一种可以当场迅速装配、总体预应力张拉的大跨距预应力装配式脊杆环撑索穹顶结构管理体系和新式结构连接点,根据连接点毁坏方式实验证实新式联接连接点具备较高的旋转弯曲刚度与極限承载能力,其结构和特性考虑搭建大跨距迅速全装配式脊杆环撑索穹顶结构要求.

  

  现有预应力空间结构多归属于半装配式空间结构,索穹顶自身是全装配的,可是其支撑点环梁钢结构是归属于非装配当场电焊焊接的. 现阶段针对当场总体装配预应力空间结构的科学研究依然非常少. 根据新思想,文中从形状剖析、物理性能科学研究、工程施工成型剖析及模型试验科学研究等层面,具体描述了索穹顶结构、弦支穹顶结构、张弦桁架结构及索网结构等预应力空间结构的研究现状、管理体系优点及存于难题. 另外梳理了现有装配式室内空间网格图结构、网壳结构的科研成果和难题.

  1预应力半装配室内空间钢结构研究现状

  索穹顶结构、弦支穹顶结构、张弦桁架结构、索网结构等归属于预应力半装配空间结构,吊索具、连接点和支撑杆一部分是装配的,可是索穹顶和索网的支撑点环梁、弦支穹顶的单面网壳和桁架结构是当场电焊焊接的. 这类结构仅有在释放原始预应力以后结构才具有原始结构形状和结构弯曲刚度,考虑承载能力规定. 根据此,文中从结构形状剖析、物理性能科学研究、工程施工成型剖析及模型试验科学研究等层面具体描述了预应力空间结构的研究现状.

  1.1结构形状剖析

  中国智能建造网对于弦支穹顶结构与张弦桁架结构的找力剖析,日本国专家学者Kawaguchi等初次选用数次实验、逐渐靠近的方式来明确弦支穹顶结构的预应力遍布. 张明山等根据均衡矩阵理论对总体绞接的弦支穹顶结构明确提出一种部分分析方法. 张弦桁架结构的找力统计分析方法与弦支穹顶结构的找力统计分析方法基本一致,关键有均衡引流矩阵法、逆迭代法等.

  找形剖析科学研究:找形剖析是预应力空间结构形状剖析的另一项关键內容. 针对“形控”有严格管理的预应力空间结构,需根据找形剖析来明确结构的最后几何图形形状. 针对索穹顶、索网结构的找形剖析,Schek明确提出力相对密度法的概念. 阚远等 明确提出一种实际操作简易且结构力学定义确立的改善驱动力松弛法,解决了索穹顶结构在找形剖析全过程中出現的刚体偏移难题. Haug等在膜结构找形剖析中明确提出离散系统有限元原理的定义. 马强、伞冰点等选用该方式完成了索网结构的找形. 丁承先等考虑到初始条件危害,根据离散系统有限元原理明确提出了空间向量式有限元方式. 彭涛等运用空间向量式有限元方式取得成功完成了深圳市宝安体育场车辐式屋架的找形. 科学研究得知:当今力相对密度法、驱动力松弛法、离散系统有限元原理及空间向量式有限元原理等统计分析方法已变成索穹顶结构、索网结构找形剖析的关键方式.

  针对弦支穹顶结构与张弦桁架结构的找形剖析,因为其上端刚性杆件的存有使其找形越来越“相对性简易”. 张明山根据对弦支穹顶结构进行形状剖析,得到只需对其开展找力剖析不需开展找形剖析的结果. 研究发现,只对结构开展找力剖析虽能明确预制构件开料长短,但一部分预制构件、连接点的具体座标却与设计方案值存有很大误差. 支撑力补偿法在预估单索体索内功时收敛性速率较快,但在预估多索身体力时收敛性速率却比较慢. 郭云明确提出一种调整的支撑力补偿法. 改善的支撑力补偿法解决了该难题且在建筑界获得广泛运用. 等级分类卸载掉法的明确提出可以立即得到 结构的零情况,防止了迭代法中对结构零情况的假设与试算难题.

 

  1.2 结构物理性能科学研究

  世界各国专家学者在预应力空间结构形状剖析的基本上进一步进行了其结构物理性能科学研究. Gasparini等开展了1∶50肋环形索穹顶结构缩尺模型试验科学研究,剖析了不一样原始预应力度对结构静、驱动力特性的危害规律性. 结果显示:在基桩特性层面,随外载荷的提升构件承受力情况慢慢产生变化,载入中后期结构主要表现出显著的加强特点;在驱动力特性层面,随预应力水准的提升,结构在纵向地震灾害瞬时速度功效下的非平稳自振頻率范畴慢慢减少. Gao等选用正交设计方式科学研究了弦支穹顶结构的静、驱动力特性及可靠性受索力敏感性的危害规律性. 结果显示:结构基桩特性受环索索力敏感性危害最明显,结构驱动力特性受其危害其次,结构可靠性受其危害最少的结果. 张爱林等明确提出了全世界第一个大跨距(93 m)新式弦支穹顶管理体系、装配式索连接点及可靠性设计计划方案,科学研究了线形及离散系统总体平稳剖析、数次预应力可靠性设计. 王冬梅以张弦拱桁架结构为研究对象,根据实验科学研究得到 了此类结构的静、驱动力特性. 参考文献对马鞍形索网结构开展了有关驱动力特性科学研究,得到 了其在地震灾害载荷功效下的驱动力离散系统特点.

  之上研究表明:对预应力空间结构静、驱动力特性及可靠性科学研究已获得一定成效且获得工程项目实践经验,因而预应力空间结构具备普遍的应用前景及科学研究使用价值.

 

  1.3 预应力张拉工程施工成型科学研究

  预应力张拉工程施工整个过程剖析及工程施工控制理论科学研究是保证预应力空间结构工程施工成型的基本. 董石麟等对于跨距122 m的索穹顶结构明确提出7种预应力张拉工程施工方式,并选用驱动力松弛法对其开展了工程施工整个过程仿真模拟剖析,为索穹顶结构的预应力张拉工程施工出示了理论创新. 葛家琪等以内蒙古自治区伊旗体育馆索穹顶结构为研究对象,明确提出一种路面拼装、遍布提高、总体预应力张拉的新式工程施工方式. 张国军等选用逐层一次载入法与存亡模块法对弦支穹顶结构的预应力张拉工程施工全过程开展了整个过程标值模拟仿真剖析. 刘学春等当场检测并数据分析了工程施工误差随机分布与几何图形缺点对2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构总体可靠性的危害规律性. 池沛等明确提出一种对于装配式张弦桁架结构的迅速工程施工方式,即先总体起吊上端桁架结构,次之预应力张拉下边钢缆结构,最终根据调节中下弦杆使结构最后成形. 吴文齐等对广东省佛山市新世纪荷花体育场馆屋盖索网结构开展了先总体提高后安裝并预应力张拉轴向索的工程施工方式科学研究.

  研究表明:预应力张拉工程施工是预应力空间结构最关键的工程施工方法,可是预应力的释放通常必须根据数次逐层预应力张拉才可以完成,因而,要对数次预应力预应力张拉工程施工的频次和力度开展提升,对预应力预应力张拉工程施工偏差、结构形变和重点部位地应力开展当场监管科学研究.

 

  1.4 模型试验科学研究

  因为预应力空间结构跨距大、结构繁杂,因而进行缩尺模型试验科学研究变成认证有限元分析与基础理论剖析精确性的最有效方式. Guo等设计方案了具备负高斯函数斜面的索穹顶结构缩尺实体模型,进行了有关基桩特性科学研究,得到 了脊索破断对索穹顶结构物理性能的危害规律性(见图1). 内蒙古自治区伊旗体育馆索穹顶是在我国第一个大跨距(72 m)索穹顶结构,张爱林等设计方案1∶10缩尺实体模型及装配式索连接点(见图2),科学研究了设计方案载荷及活载不一样遍布对结构基桩特性的危害规律性. 除此之外,张爱林等还设计方案2008年夏季奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构1∶10缩尺实体模型及装配式索连接点(见图3),开展基桩特点、驱动力特点的基础理论剖析与实验科学研究. 严仁章以山东茌平体育场馆屋盖弦支穹顶结构为研究对象,设计方案了含有滑动式张钢缆连接点的弦支穹顶结构1:10缩尺实体模型,开展了工程施工预应力张拉与全跨、半跨载入实验科学研究(见图16). 沈雁彬等设计方案了北京北站张弦桁架结构1∶10缩尺实体模型,对其进行了多级别基桩载入科学研究,得到 了该结构管理体系的传力相对路径以及承担非对称加密载荷工作能力强的结果. 钱宏亮等[42]设计方案了500 m超大射电望远镜(FAST)的30 m垂直面总体索网支撑结构实体模型,对其原始预应力态的明确及工作中态、载荷态下索网结构的物理性能开展了有关实验

  2. 装配式空间结构研究现状

  当今世界各国现有装配式空间结构以装配式网格图结构、装配式网壳结构主导,现有科研成果关键集中化在联接连接点结构方式自主创新、联接连接点基桩特性科学研究及装配式空间结构的物理性能科学研究等层面.

  2.1 装配式室内空间网格图、网壳结构联接连接点科学研究

  据调查,现阶段用以装配式空间结构的联接连接点有250多种多样,依据其与构件的联接方式可分成三大类,即构件联接集中化于一个固定不动连接点、构件联接不集中化于一个固定不动连接点及装配式变位系数模块联接. 根据此归类,Chenaghlou等科学研究了轴工作压力尺寸对螺栓球连接点抗弯刚度的危害规律性(见图6),得到轴工作压力可以提升连接点原始弯曲刚度及联接抗压强度,但减少连接点極限承载能力的结果. Ahmadizadeh等对碗式连接点开展了两轴实验科学研究(见图7),得到 了碗式连接点在两轴承受力情况下的形变特点. 结果显示:碗式连接点形变对构件内功、结构总体弯曲刚度及極限承载能力均有明显危害. Ma等自主创新联接连接点结构方式,明确提出适用装配式网壳结构的C型连接点、齿式连接点等新式联接连接点(见图8、9)并进行了其在简易承受力情况下的物理性能科学研究. 結果证实:新式联接连接点具备较高的抗弯刚度及旋转特性,可考虑大跨距装配式网壳结构联接连接点的承受力规定. 除此之外,Ma等对地脚螺栓- 端板联接连接点开展了抗弯强度特性科学研究(见图10),得到 此类连接点的典型性毁坏方式,得到此类连接点可做为中小型跨距装配式网壳结构联接连接点的结果. 董石麟等明确提出一种新式六杆四面体装配式变位系数模块,设计方案两个连接点足尺实验(见图11)对变位系数模块联接连接点开展了折弯及轴拉功效下的物理性能科学研究,得到 了端板连接点偏移、应变力发展趋势特性及毁坏形状. 在我国在装配式空间结构联接连接点科学研究层面已获得一定成效,《JGJ7—2010空间网格结构技术规程》等有关标准的制订确立了螺栓球连接点、内嵌式毂连接点、轴销式连接点等联接连接点的设计方法,为工程项目运用出示了根据.

  2.2 装配式室内空间网格图、网壳结构物理性能科学研究

  世界各国专家学者在联接连接点科研成果的基本上对装配式空间结构的物理性能进行了进一步科学研究. de Freitas等对构件尾端挤扁并根据螺钉连接而成的装配式室内空间网格图结构的承载能力及可靠性开展了实验科学研究(见图12),明确提出一种根据结构加固联接连接点及减少安裝偏差来提升结构承载能力及可靠性的新式联接方式. 熊哲等科学研究了铝合金型材平板式连接点抗弯刚度对单面曲面网壳总体可靠性的危害规律性(见图13),得到网壳失衡归属于总体弹跳失衡的结果. 董石麟等明确提出一种由六杆四面体模块装配而成的新式扭网壳结构(见图14),并对其结构构形、基桩、线形及离散系统可靠性开展了系统软件科学研究. 文鹏设计方案了由螺栓球连接点装配而成的单面面层网壳实验实体模型(见图15),根据科学研究螺栓球连接点偏移、构件地应力、曲屈多形式等结构特点,认证了有限元分析仿真模拟的准确性.

 

  3 自主创新产品研发全装配式大跨距预应力空间结构的重要性

  当今世界各国专家学者在装配式空间结构科学研究层面已获得一定成效且获得工程项目实践经验,但现有装配式空间结构不可以考虑大跨距空间结构的发展趋势规定,全装配式大跨距预应力空间结构科学研究尚处在发展环节.

  

 

2020年7月25日 15:30
浏览量:0
收藏

最新资讯