网壳结构滑移法施工全过程分析及监测
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摘要
随着我国国民经济快速发展，北京奥运会和上海世博会申办成功以及国家大力鼓励建筑用钢，大型和超大型空间结构将会得到广泛应用。迫切需要施工技术、分析手段的创新。然而，由于大型空间结构体系复杂，施工中影响结构受力的因素众多而又相互关联，施工全过程力学分析具有相当的难度，目前缺乏系统的研究。
本文以网壳结构的滑移法施工为研究对象，在总结了滑移法施工分类、特点、工艺和相关技术问题的基础上，把有限元方法的生死单元技术应用到网壳结构滑移施工的全过程分析中，通过简单算例验证其用于施工分析的可行性。
按理想施工条件，对一个120m跨度大型柱面网壳结构累积滑移施工进行了施工全过程分析，并与近似验算法的分析结果、施工荷载工况下的计算值比较，分析了非线性因素对施工分析结果的影响，研究了滑移单元划分方式和牵引点设置方式等施工工艺对结构成形后受力状态的影响。
采用先进的光纤布拉格光栅传感系统，对新乡电厂预应力柱面网壳干煤棚累积滑移施工进行了全过程监测。一方面通过准分布方式对施工中的结构受力的进行全程监控确保工程安全施工：另一方面记录各个施工阶段结构的受力和变形，并与生死单元法施工全过程分析结果比较，同时对滑移过程中的附加内力、滑移中异常的现象进行了分析。
论文最后对上述研究内容及成果作了进一步的总结，提出了进一步工作中需要解决的若干其他关键问题。
Long-span spatial structures will be widely used with development of national economy, success of bidding for the Beijing 2008 Olympics and the Shanghai 2010 world exposition, consumption of structural steel is advocated by the government. It's critical to research new construction technology and analytic methods. While, it is difficult to simulate the whole erection process for the structure system of long-span spatial structure is complicated, and it has many factors to affect the structure mechanics during the erection process.As a research object, the classifications, characteristics, procedure and relevant technical issues of sliding construction are summarized. The birth and death elements of FEA is used to simulate the whole erection process, and it was verified by a simple example.The whole accumulative sliding construction process of a long-span reticulated shells with span of 120 meter is computed by method of birth and death elements. The results of approximate method and the calculation results under construction load were compared. The non-linearity effect to construction analysis is studied, and effects to finishing structure mechanics by division of sliding element and amount of sliding rail were also studied.The whole accumulative sliding construction process of prestressed cylindrical reticulated shells coal storage of xinxing's power plant was monitored by fiber bragg grating sensor system.On the one hand, ,in order to ensure construction security, the structure mechanics during the whole erection process was monitored by quasi-distributed method; on the other hand, the deforms and mechanics of every construction stage was recorded and comparing to calculation results by method of birth and death elements. The additional force and abnormity of sliding process were also analyzed.At last, after summarizing the result of this paper, the future research work was presented.
本文以网壳结构的滑移法施工为研究对象，在总结了滑移法施工分类、特点、工艺和相关技术问题的基础上，把有限元方法的生死单元技术应用到网壳结构滑移施工的全过程分析中，通过简单算例验证其用于施工分析的可行性。
按理想施工条件，对一个120m跨度大型柱面网壳结构累积滑移施工进行了施工全过程分析，并与近似验算法的分析结果、施工荷载工况下的计算值比较，分析了非线性因素对施工分析结果的影响，研究了滑移单元划分方式和牵引点设置方式等施工工艺对结构成形后受力状态的影响。
采用先进的光纤布拉格光栅传感系统，对新乡电厂预应力柱面网壳干煤棚累积滑移施工进行了全过程监测。一方面通过准分布方式对施工中的结构受力的进行全程监控确保工程安全施工：另一方面记录各个施工阶段结构的受力和变形，并与生死单元法施工全过程分析结果比较，同时对滑移过程中的附加内力、滑移中异常的现象进行了分析。
论文最后对上述研究内容及成果作了进一步的总结，提出了进一步工作中需要解决的若干其他关键问题。
Long-span spatial structures will be widely used with development of national economy, success of bidding for the Beijing 2008 Olympics and the Shanghai 2010 world exposition, consumption of structural steel is advocated by the government. It's critical to research new construction technology and analytic methods. While, it is difficult to simulate the whole erection process for the structure system of long-span spatial structure is complicated, and it has many factors to affect the structure mechanics during the erection process.As a research object, the classifications, characteristics, procedure and relevant technical issues of sliding construction are summarized. The birth and death elements of FEA is used to simulate the whole erection process, and it was verified by a simple example.The whole accumulative sliding construction process of a long-span reticulated shells with span of 120 meter is computed by method of birth and death elements. The results of approximate method and the calculation results under construction load were compared. The non-linearity effect to construction analysis is studied, and effects to finishing structure mechanics by division of sliding element and amount of sliding rail were also studied.The whole accumulative sliding construction process of prestressed cylindrical reticulated shells coal storage of xinxing's power plant was monitored by fiber bragg grating sensor system.On the one hand, ,in order to ensure construction security, the structure mechanics during the whole erection process was monitored by quasi-distributed method; on the other hand, the deforms and mechanics of every construction stage was recorded and comparing to calculation results by method of birth and death elements. The additional force and abnormity of sliding process were also analyzed.At last, after summarizing the result of this paper, the future research work was presented.
引文
[1] 刘锡良，董石麟，20年来中国空间结构形式创新，第十届空间结构学术会议论文集，中国建材工业出版社，2002，13～37
[2] 蓝天、刘枫，中国空间结构的二十年，第十届空间结构学术会议论文集，中国建材工业出版社，2002，1～12
[3] 董石麟，裘涛，罗尧治，空间结构，中国计划出版社，2004
[4] 董石麟，我国大跨度空间钢结构的发展与展望，空间结构，2000．2
[5] 陈禄如，中国建筑钢材的现状和发展，第二届全国现代结构工程学术研讨会，2002．7
[6] 尹德钰，肖炽，20年来中国空间结构的施工与质量问题，第十届空间结构学术会议论文集，2002
[7] 梅季魁，姚亚雄，梅晓冰。奥运建筑与结构，第二届全国现代结构工程学术研讨会，2002．7
[8] 周观根，大型空间钢结构工程的施工新技术，第一届全国现代结构工程学术研讨会，2001．7
[9] Mokowski Z S, A review of development in last decade, Space Structrue, 2002. 4
[10] Koto,T and Saitoh, M, Erection Methods of Spatial Structures Used Recently in Japan the International Symposium on Theory, Design and Realization of Shell and Spatial Structures, TP166
[11] Mamoru Kawaguchi, Engineering aspects of space Frames, Current and Emerging Technologies of Shell and Spatial Structures, Proceedings of the IASS Colloquium held on April 1997 in Madrid, 51～62
[12] Gerardo Castro, Matthys P. Levy, Proceedings of the Eighth Conference of Computing in Civil Engineering and Georgraphic Information Systems Symposium, ASCE
[13] Mokowski Z S, Analysis, design and construction of doubly-layer grid, Applied science, publishers 1td London, 1981
[14] Masao Saitoh, Osamu Hosozawa, Toshiyuki Kawazoe and Tetsuo Yamashita, Construction by 'Jack-up & Down Method' of Tensegric Truss Dome, the International Symposium on Theory, Design and Realization of Shell and Spatial Structures, TP160
[15] 胡宁，罗尧治，董石麟，108m×90m柱面网壳整体提升施工方法，科技通报，2003．4
[16] 网壳结构“折叠展开式”整体提升施工技术及其应用鉴定报告，浙江大学，2002
[17] 罗尧治，胡宁，董石麟，肖炽，周观根，崔振中。网壳结构“折叠展开式”计算机同步控制整 体提升施工技术的工程应用。第十届空间结构学术会议论文集，2002．12
[1
[18] 罗尧治，陈晓光，胡宁，符刚。网壳结构“折叠展开式”整体提升施工过程中机构瞬态动力响应分析。第十届空间结构学术会议论文集，2002．12
[19] M. Kawaguchi, M. Abe, On Some Characteristics of Pantadome System, Proceedings of the international IASS Symposium on Lightweight Structures in Civil Eingeering, 2002, P 50-5
[20] 刘中强，攀达穹顶——种高效便利的结构体系，铁道建筑，2003．2
[21] 卓新，姚纪庆，Pantadome体系及其施工技术，2003．6
[22] D. H. Geiger, The Design and construction of Two Cable Domes for the Korean Olympics, Shells, Membranes and Space Frames, Pro. IASS Symo., Vol. 2, 1986
[23] W. R. Terry, Georgia Dome Cable Roof Construction Techniques, Pro. IASS-ASCE Int. Symo., 1994
[24] 刘西拉，时变结构及高层建筑施工的安全分析，工程力学增刊，1997
[25] 刘西拉，结构工程学科的现状和展望，人民交通出版社，1997
[26] 曹志远，土木工程分析的施工力学方法，工程力学增刊，1996
[27] 刘西拉，我国结构工程学科应优先发展的领域，土木工程学报，1993．4
[28] 范志良，结构工程科学中若干计算结构力学问题的研究展望，力学进展，1994．3
[29] 袁行飞．，董石麟，穹顶结构施工控制反分析，建筑结构学报，2001年02期
[30] 沈祖炎，张立新，基于非线性有限元的索穹顶施工模拟分析，计算力学学报，2002．4
[31] 曾小清，刘均，曹志远，隧道工程施工过程中的力学分析，同济大学学报，1998．5
[32] 李永梅．，张毅刚．，杨庆山，索承网壳结构施工张拉索力的确定，建筑结构学报，2004．4
[33] 卓新，董石麟，大跨球面网壳的悬挑安装法与施工内力分析，浙江大学学报(工学版)，2002．2
[34] 卓新，空间结构施工方法研究和施工全过程力学分析，浙江大学博士论文，2001
[35] Majid. K. I, Forces and deflexions in changing structures. The Structural Engineer 1972, 51 (3): 108
[36] 罗尧治，沈雁彬，索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析，浙江大学学报(工学版)，2004．6
[37] 赵雷，卜一之，大跨度拱桥施工稳定性的时变力学分析，铁道学报，2000．5
[38] 梁岗，曹志远，徐旭，地下工程中基坑开挖施工三维非线性时变计算分析，上海大学学报，2001．2
[39] 李瑞礼，曹志远，高层建筑结构施工力学分析，计算力学学报。
[40] 王光远，论时变结构力学，土木工程学报，2000．6
[41] 曹志远，土木工程分析的施工力学与时变力学基础，土木工程学报，2001．3
[42] 赵仁孝，李昆，刘平来，王奎杰，结构监控及工程意义，工程力学，1996增刊
[43] 李宝贵，吴栋材，大型斜拉桥高塔墩施工中的变形观测，工程勘察，1996．1
[44] 杨鼎久，梁庆松，预应力系杆拱桥施工监测的分析研究，第八届实验力学学术会议论文集，1995．8
[45] 许俊，史家钧，济南黄河公路大桥换索过程的索力监测，同济大学学报，1998．4
[46] 岑敏仪等，悬索桥施工GPS塔顶变形监测，工程勘察，1999．3
[47] 李智，佳铁鞍形网壳结构施工可靠性及监控技术，哈尔滨建筑大学硕士论文，1999
[48] 赵仁孝，宋根由，空间网架结构施工可靠性分析及其监控技术，工程力学，96增刊
[49] 武雷，大跨钢屋盖施工安装方法研究，东南大学硕士论文，2001
[50] 肖炽，滑移法施工技术研究，第三届全国现代结构工程学术研讨会，2003．7
[51] 肖炽、徐春强，网壳结构外扩法安装。第十届空间结构学术会议论文集，2002
[52] 肖炽等，空间结构设计与施工，东南大学出版社，1999年
[53] 金鑫，刘金荣，金虎根，肖炽，大跨空间结构滑移法施工技术，第三届全国现代结构工程学术
[54] 肖建春，聂建国，马克俭。局部单双层网壳结构的两种新型施工方法。施工技术，2001年11期
[55] 肖志斌，严慧，裘涛，某发电厂干煤棚网壳结构设计与施工，工业建筑，2002．12
[56] 李玉安，利用移动式脚手架操作台安装大型拱析架，建筑施工，1992．3
[57] 沈祖炎，陈扬骥编著。网架与网壳，上海：同济大学出版社，1998
[58] 鲍广鑑，徐联明，王煦，深圳机场扩建航站楼屋盖钢桁架滑移施工，施工技术，1998．6
[59] 汤旭明等，网架高空滑移法施工，施工技术，2002．11
[60] 李晋昌，金东纸业干煤棚网壳结构的施工，空间结构，2001．3
[61] 刘伟亮，跨度钢桁架结构的滑移法施工，重庆大学硕士论文，2001
[62] 周敬，大跨度张拉弦钢桁架主体滑移施，重庆大学硕士学位论文，2003
[63] 周忠明，大跨度钢桁架胎架整体曲线滑移施工技术，重庆大学硕士学位论文，2002
[64] 许铁勇，脚手架滑移法在网架高空散装中的应用，福建建设科技，2003．4
[65] 尹德钰、赵红华，依靠科技进步和科学管理．迎接21世纪网架(壳)结构的春天，面向21世纪的空间结构发展战略。1999，厦门
[66] 欧阳超。沈阳桃仙机场航站楼扩建工程钢结构施工。施工技术，2001年3期
[67] 梁磊，姜德生，罗裴，汪树文，赵坤，光纤Bragg光栅在结构健康监测中的实验研究，山东理工大学学报(自然科学板)，2003．3
[68] 李宏男，李东升，赵柏东，光纤健康监测方法在土木工程中德研究与应用进展，地震工程与工程振动，2002．6
[69] 田石柱，赵雪峰，欧进萍，周智，万里冰，结构健康监测用光纤Bragg光栅温度补偿研究，传 感器技术，2002．12
[7
[70] 王光远，建筑结构的振动，科学出版社，1978．5
[71] 结构测试技术，浙江大学研究生教学讲义
[72] 赵利益，蔡伟铭，深基坑开挖三维弹塑性有限元分析，上海铁道大学学报，1997．4
[73] 吕强，刘晓平，阳军生，周作茂，范炎斌，不同施工过程对船闸闸首底板应力影响的仿真模拟分析，长沙交通学院学报，2003．1
[74] 孙乃波，陈胜宏，生死单元在拱坝施工仿真分析中的应用，水电能源科学，2004-3
[2] 蓝天、刘枫，中国空间结构的二十年，第十届空间结构学术会议论文集，中国建材工业出版社，2002，1～12
[3] 董石麟，裘涛，罗尧治，空间结构，中国计划出版社，2004
[4] 董石麟，我国大跨度空间钢结构的发展与展望，空间结构，2000．2
[5] 陈禄如，中国建筑钢材的现状和发展，第二届全国现代结构工程学术研讨会，2002．7
[6] 尹德钰，肖炽，20年来中国空间结构的施工与质量问题，第十届空间结构学术会议论文集，2002
[7] 梅季魁，姚亚雄，梅晓冰。奥运建筑与结构，第二届全国现代结构工程学术研讨会，2002．7
[8] 周观根，大型空间钢结构工程的施工新技术，第一届全国现代结构工程学术研讨会，2001．7
[9] Mokowski Z S, A review of development in last decade, Space Structrue, 2002. 4
[10] Koto,T and Saitoh, M, Erection Methods of Spatial Structures Used Recently in Japan the International Symposium on Theory, Design and Realization of Shell and Spatial Structures, TP166
[11] Mamoru Kawaguchi, Engineering aspects of space Frames, Current and Emerging Technologies of Shell and Spatial Structures, Proceedings of the IASS Colloquium held on April 1997 in Madrid, 51～62
[12] Gerardo Castro, Matthys P. Levy, Proceedings of the Eighth Conference of Computing in Civil Engineering and Georgraphic Information Systems Symposium, ASCE
[13] Mokowski Z S, Analysis, design and construction of doubly-layer grid, Applied science, publishers 1td London, 1981
[14] Masao Saitoh, Osamu Hosozawa, Toshiyuki Kawazoe and Tetsuo Yamashita, Construction by 'Jack-up & Down Method' of Tensegric Truss Dome, the International Symposium on Theory, Design and Realization of Shell and Spatial Structures, TP160
[15] 胡宁，罗尧治，董石麟，108m×90m柱面网壳整体提升施工方法，科技通报，2003．4
[16] 网壳结构“折叠展开式”整体提升施工技术及其应用鉴定报告，浙江大学，2002
[17] 罗尧治，胡宁，董石麟，肖炽，周观根，崔振中。网壳结构“折叠展开式”计算机同步控制整 体提升施工技术的工程应用。第十届空间结构学术会议论文集，2002．12
[1
[18] 罗尧治，陈晓光，胡宁，符刚。网壳结构“折叠展开式”整体提升施工过程中机构瞬态动力响应分析。第十届空间结构学术会议论文集，2002．12
[19] M. Kawaguchi, M. Abe, On Some Characteristics of Pantadome System, Proceedings of the international IASS Symposium on Lightweight Structures in Civil Eingeering, 2002, P 50-5
[20] 刘中强，攀达穹顶——种高效便利的结构体系，铁道建筑，2003．2
[21] 卓新，姚纪庆，Pantadome体系及其施工技术，2003．6
[22] D. H. Geiger, The Design and construction of Two Cable Domes for the Korean Olympics, Shells, Membranes and Space Frames, Pro. IASS Symo., Vol. 2, 1986
[23] W. R. Terry, Georgia Dome Cable Roof Construction Techniques, Pro. IASS-ASCE Int. Symo., 1994
[24] 刘西拉，时变结构及高层建筑施工的安全分析，工程力学增刊，1997
[25] 刘西拉，结构工程学科的现状和展望，人民交通出版社，1997
[26] 曹志远，土木工程分析的施工力学方法，工程力学增刊，1996
[27] 刘西拉，我国结构工程学科应优先发展的领域，土木工程学报，1993．4
[28] 范志良，结构工程科学中若干计算结构力学问题的研究展望，力学进展，1994．3
[29] 袁行飞．，董石麟，穹顶结构施工控制反分析，建筑结构学报，2001年02期
[30] 沈祖炎，张立新，基于非线性有限元的索穹顶施工模拟分析，计算力学学报，2002．4
[31] 曾小清，刘均，曹志远，隧道工程施工过程中的力学分析，同济大学学报，1998．5
[32] 李永梅．，张毅刚．，杨庆山，索承网壳结构施工张拉索力的确定，建筑结构学报，2004．4
[33] 卓新，董石麟，大跨球面网壳的悬挑安装法与施工内力分析，浙江大学学报(工学版)，2002．2
[34] 卓新，空间结构施工方法研究和施工全过程力学分析，浙江大学博士论文，2001
[35] Majid. K. I, Forces and deflexions in changing structures. The Structural Engineer 1972, 51 (3): 108
[36] 罗尧治，沈雁彬，索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析，浙江大学学报(工学版)，2004．6
[37] 赵雷，卜一之，大跨度拱桥施工稳定性的时变力学分析，铁道学报，2000．5
[38] 梁岗，曹志远，徐旭，地下工程中基坑开挖施工三维非线性时变计算分析，上海大学学报，2001．2
[39] 李瑞礼，曹志远，高层建筑结构施工力学分析，计算力学学报。
[40] 王光远，论时变结构力学，土木工程学报，2000．6
[41] 曹志远，土木工程分析的施工力学与时变力学基础，土木工程学报，2001．3
[42] 赵仁孝，李昆，刘平来，王奎杰，结构监控及工程意义，工程力学，1996增刊
[43] 李宝贵，吴栋材，大型斜拉桥高塔墩施工中的变形观测，工程勘察，1996．1
[44] 杨鼎久，梁庆松，预应力系杆拱桥施工监测的分析研究，第八届实验力学学术会议论文集，1995．8
[45] 许俊，史家钧，济南黄河公路大桥换索过程的索力监测，同济大学学报，1998．4
[46] 岑敏仪等，悬索桥施工GPS塔顶变形监测，工程勘察，1999．3
[47] 李智，佳铁鞍形网壳结构施工可靠性及监控技术，哈尔滨建筑大学硕士论文，1999
[48] 赵仁孝，宋根由，空间网架结构施工可靠性分析及其监控技术，工程力学，96增刊
[49] 武雷，大跨钢屋盖施工安装方法研究，东南大学硕士论文，2001
[50] 肖炽，滑移法施工技术研究，第三届全国现代结构工程学术研讨会，2003．7
[51] 肖炽、徐春强，网壳结构外扩法安装。第十届空间结构学术会议论文集，2002
[52] 肖炽等，空间结构设计与施工，东南大学出版社，1999年
[53] 金鑫，刘金荣，金虎根，肖炽，大跨空间结构滑移法施工技术，第三届全国现代结构工程学术
[54] 肖建春，聂建国，马克俭。局部单双层网壳结构的两种新型施工方法。施工技术，2001年11期
[55] 肖志斌，严慧，裘涛，某发电厂干煤棚网壳结构设计与施工，工业建筑，2002．12
[56] 李玉安，利用移动式脚手架操作台安装大型拱析架，建筑施工，1992．3
[57] 沈祖炎，陈扬骥编著。网架与网壳，上海：同济大学出版社，1998
[58] 鲍广鑑，徐联明，王煦，深圳机场扩建航站楼屋盖钢桁架滑移施工，施工技术，1998．6
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[61] 刘伟亮，跨度钢桁架结构的滑移法施工，重庆大学硕士论文，2001
[62] 周敬，大跨度张拉弦钢桁架主体滑移施，重庆大学硕士学位论文，2003
[63] 周忠明，大跨度钢桁架胎架整体曲线滑移施工技术，重庆大学硕士学位论文，2002
[64] 许铁勇，脚手架滑移法在网架高空散装中的应用，福建建设科技，2003．4
[65] 尹德钰、赵红华，依靠科技进步和科学管理．迎接21世纪网架(壳)结构的春天，面向21世纪的空间结构发展战略。1999，厦门
[66] 欧阳超。沈阳桃仙机场航站楼扩建工程钢结构施工。施工技术，2001年3期
[67] 梁磊，姜德生，罗裴，汪树文，赵坤，光纤Bragg光栅在结构健康监测中的实验研究，山东理工大学学报(自然科学板)，2003．3
[68] 李宏男，李东升，赵柏东，光纤健康监测方法在土木工程中德研究与应用进展，地震工程与工程振动，2002．6
[69] 田石柱，赵雪峰，欧进萍，周智，万里冰，结构健康监测用光纤Bragg光栅温度补偿研究，传 感器技术，2002．12
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[70] 王光远，建筑结构的振动，科学出版社，1978．5
[71] 结构测试技术，浙江大学研究生教学讲义
[72] 赵利益，蔡伟铭，深基坑开挖三维弹塑性有限元分析，上海铁道大学学报，1997．4
[73] 吕强，刘晓平，阳军生，周作茂，范炎斌，不同施工过程对船闸闸首底板应力影响的仿真模拟分析，长沙交通学院学报，2003．1
[74] 孙乃波，陈胜宏，生死单元在拱坝施工仿真分析中的应用，水电能源科学，2004-3