利用MIDAS软件仿真模拟大跨度预应力张弦梁安装

利用MIDAS软件仿真模拟大跨度预应力张弦梁安装
摘要：文章结合实际案例阐述了利用MIDAS软件建立空间三维模型，在施工前
仿真模拟大跨度预应力张弦梁结构受力，分析施工过程张弦梁应力状态，验证施
工方案的可行性，指导过程施工。

关键词：仿真模拟；MIDAS；大跨度；预应力；张弦梁
1 工程概况及设计参数
1.1工程概况
榆林榆阳机场二期扩建工程旅客航站楼等工程建筑面积4.25万平米，航站楼（主楼）楼长172.2米，宽93.2米，屋盖高28米，结构为钢框架+混凝土框架+
预应力张弦梁结构屋盖。

其中屋盖单榀钢结构桁架跨度为60米，共15跨，每跨
间隔12m。

桁架型钢截面形式主要为□1300（400）×400×36、拉锁采用PIP180×12、PIP500（300）×25、PIP600×25。

图1 张弦梁结构屋盖
1.2设计参数
结构形式：分叉柱支承体系+预应力张弦梁结构屋盖；
主体结构：局部地下室1层，地上2层，2层高度7.35m，砼强度C35，最大
屋盖标高约28m；
支承体系：整个主楼屋盖由30个树形柱和15个V形柱支承；
屋盖结构：主楼屋盖由16榀张弦梁、水平撑杆、钢梁及檩条等构件组成；
关键尺寸：分叉柱柱距12.0m，张弦梁跨度48.5m，最大悬挑8.8m；
2 钢结构吊装整体思路：
根据现场施工安排，航站楼钢结构中间分段采用50吨汽车吊上二层楼板吊装，两端分段采用1台150吨和1台80吨汽车吊在东西两侧吊装，预应力拉索在弦杆、吊杆安装完成后后张拉施工，在主体结构二层楼面布置三条汽车吊吊装行走
路线，该路线范围及相邻跨楼板下部脚手架保留至屋盖构件吊装完成。

在场外沿
结构外西侧和东侧布置两条施工道路，满足材料运输。

单榀桁架共分为9个单元件，进行现场高空拼接。

3 利用MIDAS软件仿真模拟
3.1 吊装机械在楼板上的承载力分析
图3 MIDAS软件分析楼板受力状态
本工程中，50t汽车吊在F2层楼面进行树形柱和屋盖结构的吊装作业，混凝
土楼板厚度130mm，钢筋强度为HRB400，注量尺寸为500mm×1000mm，次梁尺寸为300mm×700mm。

吊车质量41000kg，吊装时最大吊重为15100kg（考虑吊钩吊绳），吊装半径为6m。

后轮轮压作用面积0.2409㎡，前轮轮压作用面积
0.1419 ㎡。

在MIDAS软件中建立模型进行分析，如下图：
通过软件计算分析，50吨汽车吊工作状态，支腿直接或通过转换梁落在混凝
土梁上，混凝土梁承载力满足要求。

3.2 拉索施加预应力仿真计算模拟分析
根据设计图纸建立Midas有限元计算模型，按照设计提出的累积加载法，进
行预应力施加过程计算。

具体计算边界及其它条件如下：①支座约束形式按照设
计图纸及设计要求进行建立；②计算过程中使用累积加载方法进行施工过程计算分析：采用软件自带施工阶段分析，每步计算过程都是在前一步计算基础上进行的，即每步都考虑了前一步计算的影响；③计算模型跟实际情况相同，在拉索两张拉端施加初张力，计算模型考虑节点摩擦等预应力损失（按照2％预应力损失）。

分析模型如下：
图3 60米跨度分级分步张拉索力最大值
仿真模拟结果：
（1）第1级张拉过程中，结构左端向下起拱，右端向上起拱。

拆除支撑后，结构最大向下位移为20.06mm。

五级张拉完成后，结构中间部分（布有拉索）向
上最大位移为35.43mm，施工过程中张拉索力最大为684.7kN。

（2）支撑拆除前结构（中间布索部分）最大竖向位移为7.14mm，钢结构最
大拉应力为73.67MPa，最大压应力为-56.85MPa；支撑拆除后，结构（中间布索
部分）最大竖向位移为-20.06mm，钢结构最大拉应力为73.87MPa，最大压应力
为-63.61MPa；而且部分支撑轴力随着张拉进行，支撑轴力逐渐增大；由此看来，支撑拆除后，结构竖向位移不是很大，钢结构应力减小，因此，为减小支撑对结
构响应的影响，使预应力能够有效施加，第1级张拉完成后，必须将支撑拆除。

通过以上施工仿真计算结果可以看出，该张拉方案技术是合理可行的。

4 总结
本文通过实例阐述了利用MIDAS软件仿真模拟大跨度张弦梁安装，运用软件
建模计算出精确数据可确保施工方案的可行性。

在大跨度张弦梁结构施工时，已
经无法根据传统的施工经验判断并制定施工方案，MIDAS软件的使用提出了新的
施工方案，可有效的解决当下复杂结构的施工难题，确保了施工过程中测量定位
的准确性，降低施工成本，减少安全事故发生，并为类似结构形式的施工起到借
鉴作用。

参考文献
[1]鲍广鉴，李国荣，王宏等.先打大跨度空间钢结构施工技术[J]钢结构，2005（1）.
[2]GB 50009-2001 建筑结构荷载规范[S].
[3]GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].。