圆柱面巨型网格结构施工稳定性分析
贺拥军”，周绪红”，蒋顺武
（1.湖南大季土木工智学院，湖前长沙410082：2.兰州大学土木工程与方学学院，甘营兰州730000)
[摘要】结合传统的空间结构施工特点，探索了图柱面巨型网格结构的合理施工方法，餐出不间的能工顺序和临时支承设置方法.并用特征值图由分析和几何非线性全过程跟踪法重点研充了器柱面巨型网格结构施工过程中各 阶段的稳定性能，得出施工中有效的主体结构临时支承设置方法和合理的子结构安装顺序及施工中的注意事项.
[关键词】新柱面巨塑网格结构：施工方法：稳定性能：临时支承设置：安装展序
[中图分类号】TU311.41
[文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2010)12-0101-04
Stability of Cylindrical Mega-structure in the Process of Construction
(1. Colige ef Cinil Engiering Bs*nan Unisenty Chgshs Hu'son 410082 Chit; nmunus fue6uounx nouzunbuo H2. College af Cinil Engineering snd Mechsnics Lanshos Ussenity Lanzheu Gana 730000 Chins)
Abstract Based on traditional construetion methods of the spatial structures the feasible construction anderection method of the cylindrical mega-stzucture is discussed. Different construetion sequences of thestrueture and aangement method ef the temperary supports sre proposed. The stabilities of structure i the process of construction are analyzed by both of eigenvalue method and equilibrium path-followingmethod with the considerstise of geometrieal non-linearity. The effective arrangement method of thetemporary supports and reasonable contnoction stquence of substructures are obtained and soemeremendations on construction are presented.
Key words;cylindrical mega-structure; construetion method ; stability performance; temporary support;crection seqwene
为了解决传统网格结构向超大跨度发展面临的整76×3，子结构以周边支承方式支承于主体结构上，设体结构施工完毕后再施工子结构，也可以主体结构和子结构同时交又施工.②圆柱面网格结构为对边支本上以受压为主，网格跨度方向杆件内力较大，面纵向 承，所以结构星现单向受力状态”，即上、下弦杆件基杆件内力较小.
体稳定、长杆大内力等一系列问题，一种新的结构体计确定的主体结构永久支座为两纵边上下弦固定系一巨型网格结构体系被提出.图1所示为圆柱面支.该类结构的基本特点是：①主体结构可以作为独 巨型网格结构，是曲立体桁架交又形成大网格的主体立结构承受外力，因此在随工过程中，可以考虑先对主结构，然后在大网格中布置平板网架子结构面构成的一种新型结构体系12）.
1.1施工方法的确定与临时支承的设置
综合考虑脚手架的使用量及吊装设备的起品能力，这里把结构中各立体析果拱分2股进行地面组装，
1圆柱面巨型网格结构Fig. 1 Cylindrical mega-structure
1固柱面巨型网格结构施工方案的确定
网格数为4×4，杆件规格为4140×4.5.正放四角锥网 假定图1主体结构跨度80m，矢跨比0.3结构大架子结构的上弦网格数为9×9，高度1.2m，杆件规格
万方数据
然后同时起吊左右股，在高空对接完成主析架的安装： 子结构采用分块吊装法进行安装.
初始参考荷截为结构自重和施工活荷载，综合取1.2倍结构自重.
施工过程中，结构一般是先支承在临时支承上：另外，可将需设置的结构水久支廉当临时支承看待.因此，施工中可考虑如下临时支承设置方式：①仅主体结 构两级边大节点区设置固定校支座（见图2a）：②主体结构两纵边大节点区设置固定校支座，再在端部第1榴立体桁架拱大节点处设置平面外临时水平支承（见 图2b）：③主体结构两旗边大节点区设置定校支座，再在各立体柜架拱顶上弦点设置临时竖向支承（见图2e）：④在图2b所示方案基础上，再在各立体衍架拱顶 上弦设置竖向临时支承（见图2d）.
2.1线性租南分析
线性属曲分析最终归结为式（1）所示的广义特征值问题，其特征值和对应的特征向量分别表征各阶临 界荷载的大小及其相应的區曲模态.
(1)
短阵：11为位移特征向量（即屈曲模态）：A为特征 式中：[K] [S]分别为结构弹性刚度短阵与应力刚度值，即通常意义上的荷载因子.
重主体结构两级边上弦图定锁支.图4列出了此支承 为寻求最简单的临时支承布置方式，先考虑仅设条件下，按方案2施工得到的结构儿个关键阶段一阶屈曲模态.特征值屈由模态可以大致反映结构稳定薄弱环节，通过图4中后曲模态对比可知.
1）在主体结构施工第1阶段即第1程立体術架拱安装阶段，立体桁架损发生大的侧编总曲，最大侧偏3.45kN/o”，稳定性较差.因此在该阶段，宜增加立体 发生在拱硬，两边对称（见图4a），临界荷载仅为桁架拱的平面外支承，防止平面外屈曲.
图2临时支承设置方式Flg. 2 Setting styles of temperary sapport
1.2施工方案比选
1）施工方案1吊装第1福立体析架拱：吊装第2福立体桁架拱，同时安装1 2程立体桁架拱之间的纵向立体桁架梁：依次吊装完成第3~5榴立体析架拱和 纵向立体桁架骤.在主体结构安装完成后，安装各分块子结构，施工顺序由内至外，安装原序如围3所示.
桁架拱和2程析架拱之间的4道纵向立体析架梁，这 2）在主体结构施工第2阶段即安装完2榴立体时主要发生立体桁架拱平面内的、以拱顶为反对称的图由，即一边下凹、另一边上凸的厘由：同时在桁架拱平面外发生小位移的侧倡冠曲（见图4b）.说明纵向 立体架的安装，为立体析架供提供了平面外支承，提高了结构的稳定性，此时结构的困曲临界荷载为16.45kN/m”，比第1阶段类高了约4.5倍.
2）施工方案2主体结构施工顺序同方案1，子结9 12 13 16 2 3 6 7 10 11 14 15（子结构编号见图 构采用由外至内的顺序安装.具体次序为：1，4.5.8，2a).
构的安装次序为：1 2 5 6 9 10 13 14 3 4 7 8 11， 3）施工方案3主体结构施工顺序同方案1，子结12 15，16.即先安装完右半，再安装左半跨.
装1，2榴立体析架拱和其间的纵向立体析架，接者在 4）辨工方案4主体与子结构交答安装，即先安其上安装子结构，然后交答依次完成整个结构的安装.
图4施工各阶段一阶用曲模态
Fig. 4 First bulking modes In every construction stage
本一致，主要以立体桁架拱平面内四凸届曲为主，几字 3）在主体结构施工第3~5阶段，结构失稳模态基设有拱平面外的侧偏现象（见图4e），说明随着更多立体彬架横和纵向格架梁的安装，整个结构供平面外的 度越来越大，稳定性越来越好.各阶段团由临界荷我值也说明了这一点.
4）当主体结构施工完毕，在子结构施工的6~8阶段，结构失稳模态以立体桁架拱平面内凹凸为主，不存 在主体结构的侧偏屈曲，网时出现大节点区的租转及立体柏架梁的担转现象（见图4d）：说明由于子结构的安装，相当于给主体结构立体桁架供加人了许多中间
图3柱面巨型网格结构施工方案1示意Fig.3 Constretiom scheme 1 forcylladrical mega-structure
2施工阶段稳定性分析
万方数据
2.2非线性全过程分析*4）
万方数据
约束，稳定性进一步提高，同时由于添加的部分子结构对立体桁架拱的影响，使整个主体结构中的桁架拱产 生了不网步的平面内的回凸屈由，使得大节点区及立体桁架梁出现了摇转现象，西在子结构施工的9-13阶段，结构失稳模态完全一致，不再出现大节点区及立 体柜架梁的扭转现象，说明由于内圈子结构安装完毕后，整个结构的刚度已经非需大，外圈子结构的安装不再对结构的稳定性有较大影响.
给用《网尧结构技术规程）JGJ61-2003的建议，仅考虑几何非线性，取全过程分析中第1次失稳对应的载荷为结构极限载狗.另外，本文结构非完全意义 的单层网壳，因此这里不考患初始几何缺陷的影响.
分析可知，在同样的临时支承条件下，结构施工各似，这里不再列出.荷载-位移曲线可反映结构全过程 阶段非线性失稳模态和图4所示一阶线性属曲模态类受力性能，本文将以结构最大位移点为代表来考额其稳定性能.链工中第1阶段主要发生大位移的侧偏通 曲，面其他阶段以拱平面内的回凸屈由为主，所以第1阶段的全过程曲线取被安装立体析架拱的顶点有载水平位移曲线，其他阶段则取结构最大竖向位移点为程中有代表性的6个阶段（主体结构安装阶段3个，子 代表.图5为按方案3的顺序施工得列的结构施工过结构阶段3个）的荷载-位移全过程曲线.
图5施工各阶股荷载-位移曲线Fig.5 Load-displacemest curves i every construction stage
由图5可看出，在加载初期，荷载-位移接近线性变化，当荷载达到板限时（图中第1个临界点对应的荷结构极限有载及其对应的剧曲位移相差很大：在施工 载值），结构开始失稳，而且在不同施工阶段失稳时，开始阶股，结构的极限有载很小面对应的冠曲变形很大，随着安装的进行，极限荷载逐步增大，且对应的屈 曲位移越来越小，到安装完成的时候，结构竖向节点最大位移仅为15em.因此，在施工初期，要加强指时支承的设置，特别是第1阶段，为了防止产生过大的水平
位移，应该在立体衍架携适当位置设置临时水平支承（见图2b）：而在座工第2-4阶段，可考虑在析架拱顶 设置临时竖向支承.另外，在主体结构安装各阶段，达到板限状态后位移迅速加大，但曲线基本没有出现下降段（见图5a-5c），反面有一定的上升，说明在没有 安装子结构的情况下，主体结构不会出现突然地跳断失稳玻坏，面随着子结构的遗一步安装，结构达到顿限状态后曲线出现了明的下降段（见图5d~5f），说 明子结构的安装使结构的刚度增大，一旦达到极限状态，结构榜很难维持平衡，失绝时将出现突然联坏（但此时结构的极限承载力已很高）.
2.3施工过程中临时支座对结构稳定性的影响
施工中临时支承方式不同，结构的稳定性必然不同.本文先考虑设置以下几种主体结构临时支承方式：①两银边上弦固定饺支：②两银边下弦团定较支； ③两膜边上、下弦固定钦支.
通过特征值分析及非线性全过程分析得列主体结构施工阶段临界荷藏如表1所示.从表！可以看出， 仅设置两纵边上弦支座，极限荷载最小，稳定性最益，面第3类支承形式极限荷载值量大，稳定性最好.在主体结构安装开始阶段，极限荷载最小，面随看施工的 逐步进行，结构的极限荷载逐渐增大，稳定性逐步提高.另外，非线性极限荷截仅为线性屈曲临界荷载的80%左右，说明结构非线性性能较显著，有必要进行非线性稳定分析.
表1不同支承条件下结构极限荷载对比Table 1 Comparison of structursl ultimate bearingcapacity under differeet sepport conditions
kN/m*主体结 支承方式1 2.47 (3. 45) 2.99 (3.98) e 3.42 (4.56) ④2 3 12. 86 (16 45) 14.06 (18.75) 13. 13 (16 51) 14.28 (19.04) 16. 10 (21. 46)4 13. 27 (16. 67) 14.48 (19.30) 16. 72 (22. 05) 16.34 (21.78)5 13. 62 (17. 09) 14.89 (19.85) 17.04 (22.68)
注：（）中为线性分折继果，下网
结合图4.5及表1可知，主体结构随工第1阶段（第1福立体桁架供的吊装）结构的极限荷载很小，面且产生了很大的侧向冠曲位移，因此需给第1程立体 析架供设置一定的平面外水平侧向支承，才能保证其必要的稳定性，确保后续安装继续进行.考虑施工中侧向支承，并进行稳定计算，结果如表2所示.其中， 可能情况，对第1福供结构设置儿种平面外临时水平支承条件A为元临时侧向支承；B为在拱1/4跨处上弦设置2道水平测向支承：C为在1/4跨及跨中上弦
等距离设置3道水平侧向支承.各情况下拱端均采用上弦固定支.
表2不同水平支承条件下立体析拱极限荷载对比Tahble 2 Cemparison ef ultimate bearing capacity of truss arch uader different horizontal seppsrt cenditions
kN/m'支承条件 A B C根阳载用 2.47(3. 45) 6. 86 (9. 70) 12.03(16.67)
拱的极限荷载及稳定性大幅度提高.当在1/4跨及中 从表2结果可见，水平侧向支承的加人，使第1榴间上弦节点等距离设置3道水平侧向支承时，拱的稳定性基本和施工第2阶段两平行供及两供之间的级向 桁架已安装时的稳定性相当，是最佳的供平面外略时支承布置方式，但考虑到立体桁架拱顶节点距离地图太高，可不在供膜（跨中）面仅在1/4跨设置2道水平侧向支承，结构稳定性基本能满足安装要求.
另外，从分析结果可见，第2~5阶段结构的稳定承载力相当高，因此施工各阶段可不考虑在拱顶（跨中）设置临时竖向支承.
2.4不同子结构安装顺序对结构稳定性的影响
同样在主体结构两纵边上弦固定锁支的临时支承考虑3种不同子结构安装顺序，计算得各施工阶段的 条件下，在主体结构安装完后，依照前面的施工方案，极限荷破值，如表3所示.
表3子结构按不同腰序施工时结构级限荷载对比Table 3 Comparisea of ulimate bearing capacity of sebstructure nnder different stretios squences
LN/m?子继称 子结构验工方案1 12. 60 (15.81) 13.38 (16. 73) 1 2 10.55 (13. 35) 32 3 13.10 (16.48) 14.02 (17.52) 13.70 (17. 17) 15.87 (19.84) 11.60 (14. 68) 12.47 (15. 78)14.30 (18. 08) 18. 04 (22.55) 13.46 (17. 04)6 15.96 (19. 95) 19.26 (24.07) 17.20 (21. 84) 19. 16 (23.95) 14.93 (18. 90) 17.09 (21. 63)7 18. 75 (23. 73) 19 70 (24.63) 20. 43 (25. 33) 20. 43 (25. 33) 18.39 (23. 28) 20.43 (25. 33)
件下，子结构按方案3的顺序施工时极限荷截值最小， 从表3可以看出，在同样的主体结构临时支承条施工过程中，各地工阶段的稳定性都最差.而按方案2的联序施工，极限荷载值最大，施工过程中，各施工 阶段的稳定性都最好，对结构施工最有利.因此，宜先对称安装靠近拱脚处的子结构、再对称逐步往上至拱顶依次安装其他子结构.
3结语
参考文献：
支座时，结构稳定性比只单独设置上弦或下弦支座有 1）施工中，在主体结构两银边设置上、下弦图定校较大提高.
不间的子结构安装顺序对施工中的结构性能有比较明 2）相同临时支承情况下，在主体结构安装完毕后，显的影响，宜先对称安装靠近供脚处的子结构、再对称逐步往上至拱顶依次安装其他子结构.
3）施工过程中的结构事线性极限承载力仅为线性屈由临界荷载的80%左右，几何非线性相差显著，因此需根据实际情况，结合临时支承进行非线性稳定性分析.线性分析结果只能作为对结构稳定性特征的一 个初步了解.
4）通过对荷载-位移全过程曲线分析发现，在施工前几个阶段，结构尾曲后再次出现荷截上升段，但此时 结构的变形都已很大，对实际结构来说已无法满足正常施工要求.
时候，结构的稳定性很差，很容易发生平面外的大位移 5）在施工开始阶段，即第1榴立体桁架拱安装的失稳，因此应特别加强初始酚段临时支承的设置，具体可考虑在拱1/4跨处设置2道平面外水平侧向支承.
[1]贺拥军，同绩红，重石额、图柱面巨型网格结构地震响应时46. 程分析[J].期南大学季报（自热料学版），2005 32（3）：41-He Yengsn Zhs Xshsng Dong Shilis. Reserch on theisic pe beharier af eylinrical letioed-eed-hee- dinmsiond-bean-tystem Nticulasrd onga-siracture by the tine-history method [ J].Jmumal of He * nss Ueivenity ( Natarl cience ed. ) 2005 32(3) : 41-46. (in Chinese)[ 2 He T J Zhse X H. Sutic ppeties and sabily of cylidcalnubinctms [ I]. Joemal af Ccstnetieral Soel Rewh [3]此雁影，罗尧的，邱，等，120m×230m半封间往面网壳 2007 63(12) : 1580-1589.[A]//第十一届空间结构学术会议论文集[C].南京，2005cylindrical sbel vih 120m ×210m [ A]//Tbe Eleveeth Spetial Shes Yarbin Lae Yahi Qis Peng. et al. Halfsealing[ 4 ] RIKS E. As incenemal appoach s dhe whrim sf mgsing ad Ssuetane Cmleoe[C]. Njg 205. (ie Clin) berkling pbies [I}. Iemal Jl ef Seid ad Sts x [s] 1979 13 (7) :529-51.[J]. Cer Med i Aplid Mechai d Eniing 1979 20(3) :267-274.[ 6 ] RAMN E. Strtgies Bar tacing the nlisear regense ner limitpoinm [ A ]//Nenlineer Fisite Element Analysis is Senctar] Mechenics--Eompe-US Workthsp Frceeings [C]. Speinger Belis 1961 68-89.
万方数据
