大跨空间轮辐式弦支桁架结构旋转累积滑移施工监测和动力响应分析

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大跨空间轮辐式弦支桁架结构是一种新型大跨预应力结构,该结构由上部轮辐式桁架及下部弦支索体系组成,上部刚性结构与下部柔性结构之间形成自平衡体系,两者协同工作、优势互补,具有跨越能力强、承载力高与稳定性好的优点。然而,作为一种新型大跨预应力结构,其施工过程结构受力情况复杂,施工阶段结构安全性能要求较高,建成之后结构的动力性能研究亦不容忽视。本文以某实际工程为研究对象,首先通过有限元软件对该大跨度结构施工过程进行仿真分析,并与监测结果进行对比,得到施工滑移过程中该结构关键节点位移、关键杆件应力的结果;其次,对施工完成后的主馆结构采用时程分析法开展了地震响应分析。主要内容和成果如下:(1)利用有限元软件分析结构施工阶段的受力状态,得到滑移施工阶段结构的变形及内力,结果表明:主馆滑移过程结构变形及应力均符合设计要求,变化趋势平缓。位移最大值为中间部位桁架下弦的竖向位移,应力最大值发生在外环桁架竖向腹杆、中心环桁架与辐射状倒三角桁架下弦连接处、中心环桁架腹杆及上弦等部位。最大位移和变形均呈现先增加后减小的变化趋势。(2)根据滑移施工阶段结构受力状态的模拟结果制定监测系统和施工监测方案,选取具有代表性的6个测区共120个应力监测点、66个位移监测点,对滑移结构进行监测并筛选所得监测数据。监测数据分析结果表明:结构变形及受力均未超过控制值,整个滑移施工过程中结构处于安全状态。(3)基于该结构有限元理论计算值与监测值的对比结果,分析了其杆件应力和节点位移在滑移过程中的变化趋势,结果表明:结构滑移施工过程中变形和应力的监测值与计算值之间虽然存在一定差异,但节点位移方向及杆件受力性质的监测结果与计算结果基本一致,且变化趋势大体相同,验证了滑移施工方案的可行性、有限元模拟的正确性和监测方案的适用性。结构受力在滑移施工开始和结束阶段变化较大,但通过对整个施工过程的监测,发现其位移和应力均在规范允许的范围之内,滑移施工安全可靠。(4)利用有限元软件对该工程建成后的主馆结构进行动力响应分析。结构自振特性分析结果表明:主馆结构刚度分布均匀,自振频率较为密集且随阶次变化曲线无明显的跳跃点,结构前10阶振型以竖向振动和侧向振动为主,此外还包括扭转振动。选用EL-Centro波、Taft波和人工波三维地震波对主馆结构在多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下进行地震响应分析,模拟结果显示:主馆在三种地震波极罕遇地震作用下仍处于弹性工作状态,最大节点位移和最大索力均在安全限值之内,验证了该新型大跨空间轮辐式弦支桁架结构在地震作用下的安全性能。
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