上一篇博文中我提到了零状态,大家注意的话,会发现后来我提到了“分析零状态”。这是因为我觉得索结构分析、设计、施工过程中,可能会提到两个“零状态”。而这两个“零状态”又完全不是一个概念,所以,这里想就这个问题再与大家深入讨论一下。
上一篇博文已经讲过,在结构找形分析之前,会建立一个用于找形分析的初始几何模型,这里不妨称其为“分析零状态”。这个“零状态”模型只是一种简单的拓扑关系,在其基础上给拉索一定的初始条件,利用非线性有限元法,可以得到平衡的“预应力状态”。这个零状态是利用软件分析时的起步状态,它没有任何实际的工程意义,只是我们利用它来得到平衡态的一种手段。
然后施工过程中,也有一种“零状态”,这里我们不妨称其为“施工零状态”。这是设计完成后,施工单位根据设计院提供的几何拓扑关系(预应力态),简单地把各构件连接起来而得到的一种状态。此时,虽然绝大部分构件都被连接起来,但是拉索的预应力并没有完全实现,因为还没有开始张拉。待张拉完毕,拉索的预应力达到设计值后,就得到了预应力状态。
可以看到下面的关系:
(1) 分析零状态→计算→预应力状态;
(2) 施工零状态→张拉→预应力状态;
分析零状态和施工零状态最终都是得到了预应力状态,但是他们两个却是完全不同的两个概念。
分析零状态在上一篇博文中已经讨论过,就不详细讨论了,这里说说施工零状态是怎么来的。设计院设计完整后,给施工单位的资料有:拓扑关系、预应力具体数值。这些数据通常都是预应力平衡状态下的结果。也就是说,索长和预应力大小是拉索拉紧状态下的数据。施工单位会根据这些数据,反算拉索松弛状态下的长度,也就是下料长度。然后将下料长度的索运至施工现场进行施工。利用下料长度的索,按照设计院提供的拓扑关系,拼装起来的结构就是施工零状态。
其实,施工零状态是很难用软件计算出来的,除非是比较简单的结构体系。因为很有可能有些拉索在张拉之前,处于极度松弛状态,就像一根绳子堆在地上一样,这种状态是没法用有限元方法计算的。不过,有一种理论叫“机构位移理论”,据说可以较为准确地算出索结构的施工零状态,记得同济大学的钱若军老师利用这种理论算过佛山世纪莲体育场的施工张拉过程。感兴趣的朋友可以找钱老师讨论讨论。
所以,分析零状态只是一种处理手法,没有实际工程意义;而施工零状态是施工张拉前的结构状态,具有实际工程意义。