[发明专利]一种非对称开口式整体张拉索膜结构的施工方法

说明书

技术领域

本发明属于大跨度空间结构领域，涉及一种由三层径向索、环索和覆膜组成的中间开口整体张拉结构的施工方法。

背景技术

张拉索膜结构是一种依靠膜自身的张力以及拉索共同组成的结构体系，该结构主要由张拉索和覆盖的膜材料组成，拉索又分为谷索、脊索或吊索以及处于膜边缘的边索，在此类结构中膜材得到充分张拉，能够承受一定荷载。该类结构膜单元可以充当结构水平之间的联系，同时具有很好的承载作用。由于张拉索膜结构造型美观，体型轻盈，材料利用率高，特别适合应用于体育会展场馆、机场等大跨度结构的屋盖。随着计算机技术的进步，张拉膜结构在实际工程中得到了广泛的发展，该结构的索网作为结构主受力体系，通过膜面张拉使结构成形，作为次要受力体系。因为索网的存在，该类结构刚度较一般张拉索膜结构大，因而可以在大跨度结构中得到应用。同时此类结构索与膜的预应力必须按照一定的比例施加。由于张拉索膜结构跨度大，施工复杂，合理的施工方案不仅能使结构成形态满足设计要求，同时能够降低施工过程的难度。不同的施工张拉方法可能对结构成型后的受力状态产生影响，故合理的张拉方案关系到结构的最终受力和安全性能。

发明内容

（1）解决的技术问题

本发明提出一种针对非对称开口型索膜整体张拉结构体系的施工方法。该结构体系通过吊索、脊索和谷索三层径向索与环向索形成中间开口的空间整体张拉索膜结构，通过脊索和谷索之间的张拉膜面借助脊谷索外端的高差形成索膜竖向承载刚度，吊索增强结构整体竖向刚度。本发明的施工方法不用设置脚手架，只需要以外围钢结构为支撑，进行分批次提升同步张拉，即可实现设计的成形态，且施工全过程结构状态可调控，施工安全状态可控制，施工方法简捷高效。

（2）技术方案

本发明的施工方法，以实现设计要求的结构成形态为目标，以索膜结构整体张拉为张拉施工的基本原则，以预应力拉索张拉施工全过程计算机仿真模拟分析为施工指导依据，通过施工模拟分析确定拉索的预拉应力б₀、拉索下料长度、环索的最大变形值d₀以及拉索的先后张拉顺序，最终实现施工的安全性、合理性、简洁高效性。

本发明的一种非对称开口型整体张拉索膜结构体系的施工方法，其特征为：其预应力索膜结构施工张拉的基本方法为分步提升整体张拉方法。分步提升整体张拉方法是指按照结构成型后的形状，由牵引装置将拉索分步骤提升到距离索体锚固节点较近的位置，再由张拉装置将拉索同步张拉锚固就位，实现结构最终成形态的张拉施工方法。

上述非对称开口型索膜整体张拉结构体系的施工方法，其预应力索膜结构施工张拉是以预应力拉索张拉施工全过程计算机仿真模拟分析为施工指导依据。分析过程考虑结构体系几何非线性。分析采用大型通用有限元程序，优先采用ANSYS、ABAQUS等软件，采用Newton-Raphson非线性迭代方法求解。

上述非对称开口型索膜整体张拉结构体系的施工方法，依据施工模拟分析结论，其预应力索膜结构施工张拉以张拉吊索，张拉脊索，张拉谷索，张拉覆膜为先后张拉顺序，环索不需要进行张拉，最终形成空间整体张拉索膜结构。

上述非对称开口型索膜整体张拉结构体系的施工方法，在任何一张拉步骤张拉完成后，均需检测已张拉完成的拉索拉应力б_S，并以0.95б₀≤б_S≤1.05б₀，为拉索允许施工拉应力判别条件。所有拉索最终张拉完成后，需检测环索的最大变形值d_S，并以0.90 d₀≤d_S≤1.10 d₀为环索允许施工变形判别条件。所有拉索最终张拉完成后，需检测环索的拉应力б_HS，并以0.90 б_H0≤б_HS≤1.10 б_H0为环索允许施工拉应力判别条件，其中，d₀为通过全过程施工模拟分析确定的拉索的最大变形值，б₀为通过全过程施工模拟分析确定的拉索的拉应力，б_H0为通过全过程施工模拟分析确定的环索的拉应力。

为方便表述，本发明将与谷索和吊索相连的环索夹节点定义为第一环索夹节点，将与脊索相连的环索夹节点定义为第二环索夹节点。

本发明一种非对称开口型索膜整体张拉结构体系的施工方法，其具体步骤如下：