柱面网壳攀达施工的稳定性★

刚芹果 赵程彰

(河北大学建筑工程学院，河北 保定 071002)

柱面网壳攀达施工的稳定性★

刚芹果 赵程彰

(河北大学建筑工程学院，河北 保定 071002)

建立了柱面网壳攀达施工过程面外受力模型，通过对其系统的势能分析，得出该施工方法存在面外失稳的可能性，并给出了其稳定的状态，为实际应用柱面网壳攀达施工方法提供了依据。

攀达施工，柱面网壳，提升技术，模型

攀达施工技术是一种高效的施工方法。根据结构的形体分为两类[1]：第一类是双曲面型网壳结构；第二类是柱面网壳结构。由于第二类的施工方法是整体提升，且有两个自由度[2]，因此，在施工过程中存在面外失稳问题。本文以一个简单的模型，对第二类施工方法稳定性进行分析。

1 提升过程的模型

柱面网壳在整体吊装过程中面外失稳分析的简单模型见图1。

其中下段是刚性的网壳，上段为吊装用的钢索系统。

2 模型的分析

用能量法分析图示系统的稳定性[2]。该系统在任意位置的势能包括下段的重力势能以及上段的弹性势能。

下段刚性段的重力势能为：

V1=mgacosθ

(1)

其中，a为刚性段的重心到支撑点的距离;θ为刚性段偏离垂直位置的角度。

上段钢索的弹性势能与其变形有关。为此，根据图1所示，计算钢索的伸长量为:

(2)

其中，l1,l2分别为下段和上段在垂直位置时的长度。假设上段钢索的弹性系数较大，则其变形量可由式(2)得到其近似式为：

(3)

根据该表达式，可得钢索部分的弹性势能为：

(4)

根据式(1)和式(4)，可得整个模型的势能为：

(5)

为了分析系统的稳定性，系统的势能对θ求导数：

(6)

(7)

(8)

由式(7)，验证可知：

(9)

所以，系统在垂直位置(θ=0)处是不稳定的状态，其稳定的平衡状态是θ=θ2。这就解释了第二类攀达施工方法容易失稳的原因。

3 结语

本文运用一个简单的模型，对柱面网壳攀达施工方法的稳定性进行了分析，发现该施工方法存在面外失稳问题。为了防止该失稳现象的发生，在施工过程中，应在结构的面外部分采用加强结构形式。该结论为实际应用攀达施工方法提供了理论依据[1]。

[1] 董石麟，罗尧治，赵 阳.新型空间结构分析、设计和施工[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 包洪泽，邓 华.铰接杆系机构稳定性条件[J].浙江大学学报，2006,40(1)：78-84.

Stability of Pantadome’s construction of cylindrical latticed shells★

Gang Qinguo Zhao Chengzhang

(CollegeofArchitectureandCivilEngineering,HebeiUniversity,Baoding071002,China)

The model of Pantadome’s construction of cylindrical latticed shells under the out-of-plane forces was presented. With the energy method, the out-of-plane instability was founded. And the stability state was also provided. Provided basis for practical application of cylindrical shells climbing construction method.

Pantadome’s construction, cylindrical latticed shell, lifting technology, model

2015-01-12★:河北大学创业训练项目(项目编号：201410075012)

刚芹果(1967- )，男，教授; 赵程彰(1991- )，男，在读本科生

1009-6825(2015)09-0034-01

TU311.2

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