华中科大体育馆网壳结构施工数值模拟
分析过程
首先建立整体的结构模型；根据施工过程划分施工阶段；第一阶段： 保留第一阶段已安装完成的结构构件，杀死除此之外的所有结构构件， 约束没有与“活单元”相连的所有节点自由度，同时按照实际施工情况 施加边界约束和第一阶段的施工荷载（包括单元自重、温度效应等）， 然后进行计算求解并保留计算结果；第二阶段：激活在第二阶段安装完 成的结构构件，放松与被“激活”“死单元”相连的节点自由度，仍旧 约束只与“死单元”相连的所有节点自由度，同时按照实际施工情况施 加约束和第二阶段的施工荷载，然后进行计算求解并保留计算结果；如 此循环，直至整个结构施工完毕。
安装方法的选择应综合考虑以下几种因素：结构型式和跨度，可供安
装使用的场地、设备和运输条件，安装期限，气候，经济性能等，也可根
据具体情况将上述几Байду номын сангаас方法结合使用。
施工过程数值模拟方法
大型钢结构施工过程中，结构受力状态与正常使用阶段相比有很大的差
别，按照使用阶段状态计算得到的结果可能导致施工过程中结构或构件
计算荷载
计算中考虑的荷载主要有: 结构自重、屋面板及保温层自重、施工活荷载及温 度荷载。 1) 屋盖结构 钢材密度p= 7 800kg/m3, 自重由程序自动计算。
2) 屋面板及保温层自重
3) 施工活荷载 4) 温度荷载
作用于上弦节点, 按照0.50kN/m2 计算。
上弦层取0.50kN/m2, 下弦层取0.70kN/m2 。 钢材的膨胀系数参考温度取为20 ℃ , 热膨胀系数为1.24 x10-
屋面结构体系, 总投影面积约为8 500m2, 采用直接相贯节点连接, 结构布置
如图4-1~4-3 所示。拱形主桁架轴线形状为抛物线, 拱跨94.6m, 矢高27.5m, 矢跨比约为1/4,相邻主桁架间距为8m。该拱形结构屋盖ZHJ1 和ZHJ7采用梯形 桁架结构, ZHJ2~ 6 采用倒三角形桁架结构。次桁架亦为倒三角形的管桁架, 同时设置水平支撑增加屋盖整体稳定性。两侧翼的径向主梁通过ZHJ1 和ZHJ7 下设置的倒三角形吊杆与主体部分相连。两侧翼的径向主梁和弧梁采用箱形截 面钢梁, 横向次梁采用H 型钢, 支撑柱均采用钢管。该屋盖结构体系钢管均采 用Q345B, 箱梁及H 型钢均采用Q235B。
生死单元法
生死单元法施工过程模拟分析流程图
生死单元法
根据施工过程，选择单元的“激活”与“杀死”，已经安装完成的单元设定为 “激活”状态（即设定为“活单元”），未安装完成的单元设定为“杀死”状态 （即设定为“死单元”），这样结构分析时只考虑“活单元”参与工作。具体做 法如下： 按照结构的实际施工顺序，将整个施工过程分为若干个主要工况。首先计算在工 况1施工组装完毕的结构内力与变形，将在其后工况安装的单元指定为“死单元” （不参与整体结构分析的构件），这些“死单元”不具有刚度和重力荷载作用等。 当
华中科大体育馆网壳结构施工数值模拟
模拟分析 首先建立屋盖结构的整体有限元模型, 然后将施工过程分为5 个工况进行 施工模拟, 得出各个控制截面的内力和变形值。
工程简介
该体育馆屋盖为大跨度焊接钢管拱形结构, 主体结构由7 榀拱形主桁架通 过次桁架和水平支撑组成,两侧翼采用钢框架结构, 三部分联系起来组成整体
中，“死单元”是指还未在当前施工阶段安装完毕的构件，“活单元”是指已经在 当前施工阶段安装完毕的构件。 一个单元被“杀死”的含义并非将该单元从模型中删除，而是将其刚度(或传 导等其他分析特性)矩阵乘以一个很小的因子(一般为 1.0×10-6)。此时死单元的 载荷、质量、阻尼、比热及其他类似的特性都将被设定为零，虽然它仍旧在单元荷 载的列表中出现，但它不对荷载向量生效。死单元的质量和能量将不包括在模型求 解结果中。一个单元被“激活”的含义，也并非是在模型中添加单元，而是在当前 的载荷步中重新激活己经存在但在前面载荷步里被“杀死”的单元。当一个单元被 重新激活时，其刚度、质量、单元载荷等将恢复其原始的数值，但重新激活的单元 没有应变记录(也无热量存储等受力情况)。
进行工况n结构在各种荷载作用下的受力分析时，将在这一工况安装完毕的“死单
元”“激活”，恢复应有的刚度和重力荷载，在其后工况施工安装的单元仍然保 持为“死单元”，被“激活”构件在各种荷载作用下产生的内力和位移与以前各
工况荷载作用下产生的内力与位移相叠加，得到工况n的结构内力，即被“激活”
的单元建立在工况(n-1)主结构变形后的几何构形上。重复上述过程，可以模拟在
模型建立
有限元分析模型采用直接生成法建立。建模时,网壳结构主体部分 和两侧翼次梁单元建模采用ANSYS的LINK8 杆单元, 该单元为三维单元, 可以承受轴向的拉伸或者压缩, 每个节点上具有3 个平动自由度。该单 元具有塑性、蠕变、应力刚化和大变形等功能, 能较好地模拟三维空间 桁架单元。两侧翼的箱梁和柱均采用BEAM4 单元, 该单元是一个轴向 拉压、扭转和弯曲单元, 每个节点有3 个平动自由度和3 个转动自由度, 具有应力刚化和大变形功能。 该网壳屋盖结构的拱形桁架支座采用焊接空心球节点, 其边界约束 条件取决于下部结构的支承刚度 。为了简化计算, 所有支座处均假定为 固定铰支座, 约束支座节点3 个平动自由度。
大跨钢网壳结构的施工过程模拟方 法及其应用
陈大烺 结构工程
1300204020
施工过程的安装方法
根据空间网格结构的型式和施工条件的不同，其安装方法通常可以
分为四类即高空散装法、分条或分块安装法、滑移法和整体安装法，其
中，整体安装法又有整体吊装法、整体提升法和整体顶升法之分。目前， 高空散装法是目前国内外空间网格结构施工应用较多的方法。
处于不安全状态，或是施工完成后的结构形状不满足设计要求。对施工
阶段结构受力研究的关键是要找到能准确模拟施工过程的分析方法，得 到施工过程或是结构完成后的结构受力及变形状态。
施工过程数值模拟方法
有限元分析软件ANSYS生死单元法 工程实例的简要介绍
生死单元法
1 基本原理
在 ANSYS 中的利用单元生死技术时，单元分为“死单元”和“活单元”。其