考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法与流程

技术特征：
1.一种考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：包括如下步骤：s1.利用空间结构有限元分析软件对大跨度预应力钢桁架结构进行设计、建造，并使用全过程仿真分析计算，其中，所述利用空间结构有限元分析软件进行全过程仿真分析计算包括：s11.第一分析过程：采用一次加载分析法对结构体系杆件承载力进行验算，并进行杆件优化和归并，使结构杆件最大应力比γ
1i
≤γ
limit
(i＝1，2，3，
……
，n)，其中，n＝m1 m2，m1为弦杆数量，m2为腹杆数量；s12.第二分析过程：利用空间结构有限元分析软件，采用一次加载分析法对步骤s11中杆件承载力满足要求的结构体系，在施工完成时结构承受的自重荷载作用下，进行受力分析；s13.对步骤s11中验算满足承载力要求的结构体系制定施工方案；s14.第三分析过程：利用空间结构有限元分析软件，对步骤s11中验算满足承载力要求的结构体系按照步骤s13确定的施工方案，采用分步加载分析法进行施工过程仿真受力分析；s2.分别提取第一、第二、第三分析过程中全部结构杆件的计算结果；s3.基于步骤s2的计算结果，对结构杆件承载全过程的安全性进行量化评定并采取加强措施；s4.重复步骤s1～s3，直至所有结构杆件应力比满足γ
fi
≤γ
limit
；以及s5.评估施工方案的合理性。2.根据权利要求1所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：步骤s11中，一次加载分析分析法采用midas空间结构有限元分析软件，在结构体系成型状态下，一次直接施加各项荷载至结构体系上，结构体系杆件承载力验算采用的荷载包括结构自重、永久荷载、屋面及楼面活荷载、风荷载、雪荷载、温度荷载及地震荷载结构设计需要的全部荷载，荷载组合工况考虑荷载分项系数、组合系数的全部荷载基本组合工况。3.根据权利要求2所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：步骤s13中的施工方案包括确定施工临时支撑位置、施工安装顺序及预应力拉索张拉方案。4.根据权利要求1所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：步骤s1中，分步加载分析法采用midas空间结构有限元分析软件模拟施工过程，按照施工安装顺序逐步激活结构杆件、施工临时支撑、结构杆件承受的荷载以及拆除施工临时支撑，每个分析步均累加上一步分析结果，采用newton
‑
raphson非线性迭代方法求解，计入结构体系的几何非线性影响。5.根据权利要求1所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：步骤s2中，分别提取第一、第二、第三分析过程中全部结构杆件的计算结果包括：s21.提取第一分析过程的计算结果中，结构每个杆件最大应力比γ
1i
荷载工况下的内力f
1i
，包括轴力n
1i
、弯矩m
1yi
、弯矩m
1zi
，以及荷载组合工况中与f
1i
中轴力n
1i
反号，其中n
1i
为拉力提取压力，n
1i
为压力提取拉力，且最大的内力f
2i
，包括轴力n
2i
、弯矩m
2yi
、弯矩m
2zi
；
s22.提取第二分析过程的计算结果中，结构每个杆件的内力f
3i
，包括轴力n
3i
、弯矩m
3yi
、弯矩m
3zi
、应力σ
3i
；s23.提取第三分析过程的计算结果中，结构每个杆件的内力f
4i
，包括轴力n
4i
、弯矩m
4yi
、弯矩m
4zi
、应力σ
4i
、应力比γ
4i
；若γ
4i
＞γ
limit
，则不满足控制指标要求，将该杆件更换为承载能力更高的杆件，更新第一、第二、第三分析过程的分析模型，重复步骤s1及步骤s21～s23，直至γ
4i
＜γ
limit
；若γ
4i
＜γ
limit
，则杆件满足控制指标要求，其中，杆件受拉时轴力n和应力σ为正值，受压时轴力n和应力σ为负值；s24.计算结构每个杆件应力变化差值δσ
i
及内力差值δf
i
，其中，δσ
i
＝σ
4i
‑
σ
3i
，δf
i
＝f
4i
‑
f
3i
。6.根据权利要求5所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：步骤s3中，基于步骤s2的计算结果，对结构杆件承载全过程的安全性进行量化评定并采取加强措施包括如下步骤：s31.根据第一分析过程的计算结果，判断结构每个杆件的最大应力比γ
1i
的荷载工况中轴力n
1i
是受拉还是受压；若杆件在最大应力比γ
1i
的荷载工况中轴力n
1i
为正值，则杆件为受拉控制；若杆件最大应力比γ
1i
的荷载工况中轴力n
1i
为负值，则杆件为受压控制；s32.若杆件在最大应力比γ
1i
的荷载工况中轴力n
1i
为正值，且应力变化差值δσ
i
>0，则应在f
1i
δf
i
作用下，按杆件受拉计算应力比γ
fi
；s33.若杆件在最大应力比γ
1i
的荷载工况中轴力n
1i
为正值，且应力变化差值δσ
i
<0，则应在f
2i
δf
i
作用下，按杆件受压计算应力比γ
fi
；s34.若杆件在最大应力比γ
1i
的荷载工况中轴力n
1i
为负值，且应力变化差值δ
i
>0，则应在f
2i
δf
i
作用下，按杆件受拉计算应力比γ
fi
；s35.若杆件在最大应力比γ
1i
的荷载工况中轴力n
1i
为负值，且应力变化差值δσ
i
<0，则应在f
1i
δf
i
作用下，按杆件受压计算应力比γ
fi
；s36.将上述计算中应力比γ
fi
>γ
limit
的杆件截面尺寸加大，以提高其承载能力。7.根据权利要求6所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：步骤s5中，评估施工方案的合理性包括如下步骤：统计预应力钢桁架结构体系中，弦杆更换数量s1和腹杆更换数量s2，若s1≤2％m1，且s2≤5％m2，则认为施工方案合理。8.根据权利要求7所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：步骤s5中，评估施工方案的合理性还包括如下步骤：若不满足s1≤2％m1，且s2≤5％m2，则认为施工方案不合理，需调整施工方案，重复步骤s1～s4，直至满足s1≤2％m1，且s2≤5％m2。9.根据权利要求8所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：所述调整施工方案包括增加施工临时支撑数量、调整施工安装顺序及预应力拉索张拉方案。10.根据权利要求1所述的考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，其特征在于：γ
limit
根据结构或杆件重要性选取，取值范围为0.7～1.0。

技术总结
本发明公开了一种考虑施工应力的大跨度预应力钢桁架结构安全控制方法，包括如下步骤：步骤S1.对大跨度预应力钢桁架结构进行设计、建造，并使用全过程仿真分析计算，其中，利用空间结构有限元分析软件进行全过程仿真分析计算包括：第一分析过程、第二分析过程以及第三分析过程；步骤S2.分别提取第一、第二、第三分析过程中全部结构杆件的计算结果；步骤S3.基于步骤S2的计算结果，对结构杆件承载全过程的安全性进行量化评定并采取加强措施；步骤S4.重复步骤S1～S3，直至所有结构杆件应力比满足γ


技术研发人员：刘鑫刚 葛家琪 王明珠 王树 赵亚硕 罗楚雄
受保护的技术使用者：中国航空规划设计研究总院有限公司
技术研发日：2021.04.21
技术公布日：2021/10/19