• ISSN 0258-2724
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大矢跨比开口球壳的施工过程优化分析与监测

石开荣 林志毅 姜正荣 陈春光 陈一乔 梁军

石开荣, 林志毅, 姜正荣, 陈春光, 陈一乔, 梁军. 大矢跨比开口球壳的施工过程优化分析与监测[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220228
引用本文: 石开荣, 林志毅, 姜正荣, 陈春光, 陈一乔, 梁军. 大矢跨比开口球壳的施工过程优化分析与监测[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220228
SHI Kairong, LIN Zhiyi, JIANG Zhengrong, CHEN Chunguang, CHEN Yiqiao, LIANG Jun. Optimization Analysis and Monitoring of Construction Process of Open Spherical Reticulated Shell Structure with a Large Rise-to-Span Ratio[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220228
Citation: SHI Kairong, LIN Zhiyi, JIANG Zhengrong, CHEN Chunguang, CHEN Yiqiao, LIANG Jun. Optimization Analysis and Monitoring of Construction Process of Open Spherical Reticulated Shell Structure with a Large Rise-to-Span Ratio[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220228

大矢跨比开口球壳的施工过程优化分析与监测

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220228
基金项目: 广东省现代土木工程技术重点实验室资助项目(2021B1212040003)
详细信息
    作者简介:

    石开荣(1978—),男,副教授,博士,研究方向为钢结构、预应力钢结构、大跨度空间结构, E-mail:krshi@scut.edu.cn

    通讯作者:

    姜正荣(1971—),男,副教授,博士,研究方向为钢结构、大跨度空间结构,E-mail:zhrjiang@scut.edu.cn

  • 中图分类号: TU393.3

Optimization Analysis and Monitoring of Construction Process of Open Spherical Reticulated Shell Structure with a Large Rise-to-Span Ratio

  • 摘要:

    为保证复杂空间网格结构的施工安全性,对其进行施工过程优化分析与监测研究. 以某大矢跨比单层开口球面网壳结构为例,对该复杂异形结构进行施工全过程的有限元模拟,通过变化支座边界条件、肋杆轴线形状和临时支撑胎架支承方式建立不同的有限元分析模型,探讨其关键构件应力与结构位移的变化情况,以对施工过程进行优化分析;在此基础上,采用有临时支撑胎架的弧形杆模型作为最终计算模型进行施工模拟,并将卸载前后的计算结果与现场监测数据进行对比分析,以验证施工过程模拟结果的准确性;进一步对临时支撑胎架的失效敏感性进行研究,以避免出现结构安全问题. 结果表明:有限元分析模型与实际结构较为相符,卸载前后各测点的应力变化较小,最大拉、压应力变化量分别为10.61 MPa和−5.67 MPa,该大矢跨比异形球面网壳结构在施工过程中处于可控状态;某一支撑胎架失效对其周边相邻区域的杆件应力、结构位移有较大影响,其中杆件应力最大变化为28 MPa,竖向位移最大变化为13 mm,因此,施工过程中应确保支撑胎架的可靠性.

     

  • 图 1  大矢跨比单层开口球壳示意

    Figure 1.  Single-layer open reticulated spherical shell with a large rise-to-span ratio

    图 2  应力测点布置

    Figure 2.  Layout of stress measuring points

    图 3  位移测点布置

    Figure 3.  Layout of displacement measuring points

    图 4  部分测点在不同边界条件下的应力对比

    Figure 4.  Stress comparison of some measuring points under different boundary conditions

    图 5  部分测点在不同边界条件下的位移对比

    Figure 5.  Comparison of displacement of some measuring points under different boundary conditions

    图 6  部分测点在4种有限元模型下的应力对比

    Figure 6.  Stress comparison of some measuring points under four FEA models

    图 7  部分测点在4种有限元模型下的位移对比

    Figure 7.  Displacement comparison of some measuring points under four FEA models

    图 8  应力监测结果与有限元结果对比

    Figure 8.  Comparison of stress monitoring results and FEA results

    图 9  位移监测结果与有限元结果对比

    Figure 9.  Comparison of displacement monitoring results and FEA results

    图 10  临时支撑胎架的布置情况

    Figure 10.  Layout of temporary support jig frame

    图 11  支撑胎架失效前、后应力变化量

    Figure 11.  Stress variation of support jig frame before and after failure

    图 12  支撑胎架失效前、后竖向位移对比

    Figure 12.  Vertical displacement comparison of support jig frame before and after failure

    表  1  球壳钢材材料参数表

    Table  1.   Steel material parameters of spherical shell

    序号杆件类型规格/mm材质
    1十字交叉支撑600 × 200 × 12 × 12 焊接Q345B
    2顶部环杆600 × 200 × 12 × 12 焊接Q345B
    3其他环杆300 × 300 × 16 × 16 热轧或
    300 × 300 × 30 × 30 焊接
    Q345B
    4肋杆400 × 300 × 12 × 12 热轧或
    400 × 300 × 20 × 20 焊接
    Q345B
    5环柱Φ203 × 6Q235B
    6环梁200 × 200 × 8 × 8 热轧Q235B
    7径向钢梁150 × 150 × 6 × 6 热轧Q235B
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    表  2  4种有限元模型的情况

    Table  2.   Conditions of four FEA models

    编号杆件情况临时支撑胎架情况
    模型 1  将肋杆、环杆细分为多段单元以模拟弧形杆件受力状态,杆件弯曲程度较为明显  支撑胎架根据实际情况进行建模
    模型 2  将肋杆、环杆细分为多段单元以模拟弧形杆件受力状态,杆件弯曲程度较为明显  以竖向约束代替支撑胎架进行建模
    模型 3  将肋杆、环杆简化为一段斜杆,杆件弯曲程度不明显  支撑胎架根据实际情况进行建模
    模型 4  将肋杆、环杆简化为一段斜杆,杆件弯曲程度不明显  以竖向约束代替支撑胎架进行建模
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-31
  • 修回日期:  2022-08-30
  • 网络出版日期:  2024-01-10

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