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关于索结构——(2)分析零状态和施工零状态

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。

  • quote 1.徐珂
  • 崔工写的很清楚,实际上(2) 施工零状态→张拉→预应力状态;这个过程也是需要设计单位来解决的,完全交给施工单位去完成得到的预应力状态可能是不符合设计要求的。我最近还在进行相关计算,如果得出好的结果会拿出来给崔工看看的。
    cjc 于 2009-12-2 10:50:53 回复
    通常,设计院可能拿不出索长下料长度。当然,可以采用材料力学的方法近似得到零应力状态下的索长。但是这仅是对于简单索才适用,比如短索,垂度不明显的。
    在我参与的项目中,通常都是由索长得到的。他们可以通过计算得到下料长度,也可以通过工厂张拉到方法得到。后则比较准确。记得佛山世纪莲体育场中,巨力集团好像这样做过。、
    实际上,下料长度应该由索长提供的,设计院可以根据施工完成后的效果进行质量控制。
  • 2009-12-2 8:53:41 回复该留言
  • quote 2.andy
  • 崔工您好,几何拓扑关系具体是怎么定义的,我经常看到很多人说拓扑关系,可就是不知道是怎么一回事,烦请指教一下,谢谢了!
    cjc 于 2009-12-2 19:43:20 回复
    拓扑学方面的知识我也没有研究过。不过,在设计中,通常是指构件之间的连接关系、规律。比如水立方的结构单元,可以认为是一种比较特殊的拓扑关系。有兴趣的话可以在网上搜索一下。
    读研究生的时候,跟钱老师学过利用一种空间拓扑关系建立三维模型,比如网架、网壳结构、张拉整体结构等,有一套较为严格的规则。不过,在实际工程中似乎并不需要那套方法。
  • 2009-12-2 16:39:40 回复该留言
  • quote 3.HiStruct
  • http://www.histruct.com
  • 楼主用"普通话"把这个问题讲这么清楚,很不错!其实"施工零状态"应该由设计单位和施工单位一起沟通,在同一的计算模型上考虑施工过程和方法,设计人员也应该对"施工零状态"非常清楚和确定,因为"施工零状态"(对应钢结构深化图纸),也应由结构工程师审核通过后方可应用于施工.
    cjc 于 2009-12-28 19:54:04 回复
    你说的极是,欢迎继续关注本站。并提出你的观点!
  • 2009-12-27 18:33:33 回复该留言
  • quote 4.allen
  • 其实没这么复杂吧
    就好比悬索桥
    计算时先假设主缆的初始状态(假设的初始线形和索力),再迭代求解出成桥状态(恒载下的线形和索力),再计算使用阶段的其他荷载作用
    即: 假设主缆的初始线形和索力→迭代计算→恒载下的主缆线形和索力
    这也就是对应的关系(1)

    崔工说的施工零状态,其实就是悬索桥的挂索阶段的主缆线形和索力,一般由倒装法求得。
    cjc 于 2010-2-22 8:36:44 回复
    你说的对,房屋里的索结构和悬索桥是一样的,可以采用相同的方法计算。
    不过,建筑的索结构远比悬索桥结构复杂,悬索桥里面的索是平面结构,而房屋索结构是空间体系,采用倒推法会比较困难。
  • 2010-2-21 21:09:11 回复该留言

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