張弦結(jié)構(gòu)體系分析設(shè)計理論及施工關(guān)鍵技術(shù)
成果的背景及主要用途: 高效大跨度結(jié)構(gòu)體系不僅關(guān)系到資源節(jié)約、施工便捷和效果美觀,更是一個 國家建筑技術(shù)水平的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的梁板式結(jié)構(gòu)用鋼量大效能低、單層網(wǎng)殼穩(wěn) 定性差支座水平推力大、單一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)輕盈美觀,研發(fā)新型大跨體系成 為建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的迫切需要。課題組在較早開展張拉整體體系研究的基礎(chǔ)上, 從 1998 年開始對張弦結(jié)構(gòu)大跨度建筑結(jié)構(gòu)體系進行系統(tǒng)研究,形成了張弦結(jié)構(gòu)分 析設(shè)計理論和施工成套技術(shù),解決了張弦結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論匱乏、分析方法欠缺和在 工程應(yīng)用中受到結(jié)構(gòu)選型、節(jié)點構(gòu)造、施工方法和監(jiān)測技術(shù)等多方面問題制約的 技術(shù)難題,為張弦結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用和健康發(fā)展提供了重要的科學(xué)依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù) 支撐。 技術(shù)原理與工藝流程簡介: 1、系統(tǒng)研究基于張拉整體思想的張弦結(jié)構(gòu)體系,提出了發(fā)明專利-弦支筒殼 和弦支混凝土樓蓋等新型張弦結(jié)構(gòu)形式,建立了平面、空間等張弦結(jié)構(gòu)分類體系, 研發(fā)自制設(shè)備空氣加熱索膨脹系數(shù)測定儀和水域加熱索膨脹系數(shù)測定儀,測定了 張弦結(jié)構(gòu)核心構(gòu)件-拉索的膨脹系數(shù),為張弦結(jié)構(gòu)分析設(shè)計理論的建立奠定了基 礎(chǔ)。 2、確定了平面和平面組合型張弦結(jié)構(gòu)的最優(yōu)構(gòu)成規(guī)律,揭示了平面和平面 組合型張弦結(jié)構(gòu)靜動力特性和抗風(fēng)性能,研發(fā)出專利技術(shù)—自平衡加載反力架并 試驗驗證了所提出的插板式拉索節(jié)點的安全性和便捷性,解決了平面及平面組合 型張弦結(jié)構(gòu)分析計算和拉索連接節(jié)點方面的技術(shù)難題。 3、提出兩種弦支穹頂分類方法和預(yù)應(yīng)力二階段分析方法,創(chuàng)建連續(xù)折線索 單元分析技術(shù),建立了弦支穹頂從找形、預(yù)應(yīng)力設(shè)定到結(jié)構(gòu)性能分析的設(shè)計方法, 基于模型和實物試驗及理論分析揭示了弦支穹頂結(jié)構(gòu)靜動力性能和穩(wěn)定特性,研 發(fā)了空間張弦結(jié)構(gòu)的節(jié)點專利技術(shù)—預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)滾動式張拉索節(jié)點,形成弦支 穹頂分析設(shè)計理論體系,解決了弦支穹頂應(yīng)用中分析設(shè)計和節(jié)點構(gòu)造的技術(shù)難題。 4、研發(fā)出張弦結(jié)構(gòu)施工工藝仿真系統(tǒng),提出了預(yù)應(yīng)力施加方法和摩擦損失 補償方法,開發(fā)了張弦結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng),解決了張弦結(jié)構(gòu)施工過程中的全過程 控制、監(jiān)測、安全和預(yù)應(yīng)力損失等方面的技術(shù)難題。提出了“地面整體拼裝、一 次張拉外斜索成形”的施工方法,突破了大跨度索穹頂結(jié)構(gòu)張拉成形的技術(shù)瓶頸。 技術(shù)水平及專利與獲獎情況:天津大學(xué)科技成果選編 172 該項科研成果發(fā)表學(xué)術(shù)論文 72 篇(其中 SCI 檢索 9 篇、EI 檢索 27 篇), 獲發(fā)明專利 7 項,實用新型專利 8 項,獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎 1 項,天津和 北京市科技進步一等獎3項,省部級科技進步二等獎4項,達到了國際領(lǐng)先水平。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測: 本項目關(guān)鍵創(chuàng)新成果代表了現(xiàn)代大跨度結(jié)構(gòu)技術(shù)的水平,引領(lǐng)了世界空間結(jié) 構(gòu)技術(shù)的發(fā)展,提升了中國大跨度技術(shù)在世界工程領(lǐng)域的地位,增強了國際競爭 力,可應(yīng)用于體育場館、會展中心、交通樞紐站房等國家重要基礎(chǔ)設(shè)施工程中。 項目發(fā)表論文 72 篇(9 篇 SCI、27 篇 EI),獲發(fā)明專利 7 項,成果編入 10 本 著作和 6 本規(guī)程,推動了土木工程學(xué)科發(fā)展, 培養(yǎng)了一批高素質(zhì)的結(jié)構(gòu)工程科技 人才,對現(xiàn)代大跨結(jié)構(gòu)的技術(shù)進步以及推動中國空間結(jié)構(gòu)從大國向強國邁進都具 有重要的意義。 應(yīng)用領(lǐng)域: 該項目科研成果已應(yīng)用于包括奧運會場館在內(nèi)的近百項大跨度結(jié)構(gòu)工程中, 可廣泛應(yīng)用于大型體育場館、會展文化中心、重大交通樞紐、大型廠房等基礎(chǔ)設(shè) 施工程中,可推廣應(yīng)用程度高,取得了巨大的經(jīng)濟效益,工程節(jié)支總額超過二億 元,對我國大跨結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展具有顯著推動作用。
天津大學(xué)
2021-04-11