贺兰山体育场钢结构支撑卸载分析.docx

1、贺兰山体育场钢结构支撑卸载分析贺兰山体育场钢结构支撑卸载分析摘要：大跨度钢管桁架杆件施工过程中受力情况与成型后是不同的，必须考虑施工过程中的结构体系的变化，本文以贺兰山体育馆钢桁架屋盖为例，应用SAP2000有限元分析施工过程中的卸载方案，提出了大跨度空间钢管桁架有限元分析时计算模型、卸载过程模拟计算的方法和卸载控制的要点。关键词： 钢结构；支撑卸载；卸载反力；卸载步骤；1工程概况 宁夏贺兰山体育场位于银川市西夏区贺兰山西路南侧，建设场地南北向长度约500米，东西向长度约800米，占地面积约为40万平方米，总建筑面积约66000m2，可容纳4万名观众。贺兰山体育场夜视图 体育场外罩棚采用空间钢

2、桁架的结构形式，主体建筑高45米，外罩棚跨度260米，总用钢量为4600t,外形具有浓郁的伊斯兰风格。 整体结构由40榀径向主桁架、次结构区及拱桁架组成罩棚受力骨架，主桁架是空间结构，为主要受力构件。整体罩棚是一个钢管桁架空间结构，罩棚通过刚接柱脚最终将力传给基础。大悬臂结构自重作用下结构的变形大，卸载不当会造成结构和支撑架的破坏，为了使罩棚结构逐渐进入设计受力状态，卸载过程支撑架荷载增加，需要分步、分级卸载，因此卸载过程的施工仿真和卸载顺序控制是本工程的关键控制工序。2卸载工况本工程为完全正对称结构，为了简化计算和提高计算效率，根据对称原则，取四分之一结构作为卸载的计算分析对象。根据“分阶段

3、分级同步卸载”的原则，对卸载的具体步骤分两种工况进行了对比计算：工况1：每个阶段的卸载顺序为：先卸载长轴支撑，后卸载短轴支撑，即先卸载支撑点4、5和6，后卸载支撑点1、2和3。分成4个阶段共9个步骤，第1阶段为结构的初始支撑阶段。每个阶段支撑的卸载竖向位移均为卸载位移总量的25%。工况2：每个阶段的卸载顺序为：支撑间隔卸载，即先卸载支撑点1、3和5，后卸载支撑点2、4和6。分成4个阶段共9个步骤，第1阶段为结构的初始支撑阶段。每个阶段支撑的卸载竖向位移均为卸载位移总量的25%。除卸载步骤不一样外，两种卸载工况的计算条件均相同。支撑点只在Z向（竖向）约束，其它方向（x,y）自由。计算过程中，支撑

4、点的具体编号如下图所示。支撑点编号3卸载工况对比计算结果及分析工况1和工况2卸载时在各个不同的卸载步下支撑点的反力变化分别如下图所示。从图中可以得到以下结论：（1）支撑反力呈波动变化，反力的总体趋势是逐步下降的。（2）两种工况卸载过程中，构件内力相差不明显，均在结构允许的应力范围内。（3）工况1的支撑反力最大值为760kN，工况2的支撑反力最大值达到了930kN。工况1各支撑的反力差异较小，且维持在相对较小的水平；工况2各支撑的反力差异较大，波动幅度也较大，且各支撑反力维持较高值的时间长。通过两种卸载工况的计算结果分析，不论是从单个支撑点出现的最大反力值，还是各支撑反力的变化情况，可以看出采用

5、工况1设定的卸载步骤明显优于工况2，因此，卸载步骤最终确定为工况1。工况1各支撑点的反力变化工况2各支撑点的反力变化4 各卸载步的变形与应力经过两种卸载工况的比较和分析，最终选择了卸载工况1，即先卸载长轴支撑，后卸载短轴支撑，并采用“分阶段分级同步卸载”的卸载原则。卸载工况1各卸载步相对应的结构竖向变形如下图所示。卸载步1时结构的竖向变形卸载步2时结构的竖向变形卸载步3时结构的竖向变形卸载步4时结构的竖向变形卸载步5时结构的竖向变形卸载步6时结构的竖向变形卸载步7时结构的竖向变形卸载步8时结构的竖向变形卸载步9时结构的竖向变形卸载工况1各卸载步相对应的结构应力比如下图所示。从图中可知，随着卸载

6、的进行，即卸载步的增加，结构的应力比逐渐增大。在各卸载阶段，结构的应力比都小于1.0，满足强度要求，结构在卸载阶段的安全性能得到保证。卸载步1时结构的应力比卸载步2时结构的应力比卸载步3时结构的应力比卸载步4时结构的应力比卸载步5时结构的应力比卸载步6时结构的应力比卸载步7时结构的应力比卸载步8时结构的应力比卸载步9时结构的应力比5 结语由于卸载过程的复杂性和现场条件的不可预测性，要完全模拟实际情况需要考虑非常多的因素，有一定的困难。但是如果从宏观的结构概念出发，抓住模型简化的主要控制因素，还是可以比较准确实现计算机分析的指导作用。本文通过安装方案和支撑点的选择，根据支撑点设置的实际情况确定了支撑卸载的原则，并对支撑卸载的两种工况进行了详细的对比分析，最终择优选定了支撑卸载的具体步骤，同时根据实际的施工荷载按照确定的卸载步骤进行了计算分析，为支撑胎架的设计范例提供依据。由本例可知：(1)大跨度空间结构的施工模拟分析必须考虑施工过程中结构体系的转换；（2）大跨度空间结构卸载前必须制定合理的卸载方案，充分考虑卸载顺序、卸载量以及卸载点的布置对于结构在卸载过程中受力的影响。本文未计算温度引起的杆件应力变化，考虑温度变化将会使计算结果更加准确。