体育场施工有限元分析：MIDAS/Gen软件应用与支撑胎架协同变形研究

传统的构造分析通常使用弹性轴承而不是支撑轮胎框架。该方法使得计算出的变形和内力较小，与实际情况偏差较大。本项目在使用MIDAS/Gen软件进行施工有限元分析时，为了使分析结果更加准确，将支撑轮胎架和主体结构内置于施工模拟计算模型中，让其参与受力并协调变形。对于体育场的四个受力型柱脚节点，这是通过分别释放钢柱一端的X向约束和XY向约束来实现的。计算模型如下图所示。

体育场馆吊装各工况整体有限元模型

体育场吊装过程中各工况轮胎骨架有限元模型

体育场馆计算模型将预焊幕墙牛腿、V型柱和雅带梁上的施工活荷载应用于所有主体结构，线荷载为0.5kN/m。

根据结构特点和安装方案，整个体育场设置了四个闭幕部分，如下图所示。

第一阶段：支撑胎架安装（一）变形分析

在毫米级风荷载作用下，出现在车架立柱背风侧轮胎架最高区域；三个方向最大综合位移为7.45mm，出现在最高胎框的顶部；变形满足性能要求。

在Y方向风荷载作用下，体育场轮胎框架的X方向最大位移为2.14mm，发生在高区轮胎框架的顶部； Y方向最大位移为8.84mm，出现在最高胎框的顶部； Z向最大位移为-1.46mm。出现在高面积轮胎骨架柱上；三个方向综合最大位移为8.89mm，出现在最高胎框的顶部；变形满足性能要求。

(2)应力分析

第二阶段：逆时针安装直至第一次关闭开口（1）变形分析

在Z向风荷载作用下，方向位移为-4.87mm，出现在第一关口旁的V柱跨中；三个方向综合位移最大为9.16mm，出现在第一关口旁V柱跨中处；变形满足性能要求。

在Y向风荷载作用下，体育场轮胎框架的X向最大位移为5.06mm，发生在靠近第一个关闭口的V柱中部； Y方向最大位移为8.84mm，发生在最高胎框顶部； Z向最大位移位移为-3.18mm，出现在靠近第一关闭口的V柱中部；三个方向最大综合位移为8.89mm，出现在最高胎框的顶部；变形满足性能要求。

(2)应力分析

在X方向的风载荷作用下，单元的最大应力为-59.9MPa，该应力仍然出现在支撑第一和第二三角形单元的轮胎框架底部的传递梁上。此阶段部件的应力较小。

在Y方向风荷载作用下，单元的最大应力为-54.6MPa，该应力仍然出现在支撑第一、第二三角形单元的轮胎框架底部的转换梁上。此阶段部件的应力较小。

第三阶段：继续安装直至第四次合口（1）变形分析

在-15.58mm的风荷载作用下，出现在中间最高的V形柱；三个方向最大综合位移为40.19mm，出现在最高V形柱中部；变形满足性能要求。

在Y向风荷载作用下，体育场轮胎框架的X向最大位移为29.57mm，发生在最高V柱跨度的中部； Y向最大位移为16.36mm，发生在第三高V形柱中部； Z向最大位移为-13.98mm，出现在最高V形柱跨中跨处；三个方向最大综合位移为35.11mm，出现在最高V形柱的中跨处；变形满足性能要求。

(2)应力分析

第四阶段：和龙口和龙计算分析（1）变形分析

在-15.55mm的风荷载作用下，出现在中间跨度最高的V形柱上；三个方向最大综合位移为40.11mm，出现在最高V形柱跨中；变形满足性能要求。

在Y向风荷载作用下，体育场轮胎框架的X向最大位移为29.49mm，发生在最高V柱跨度的中部； Y向最大位移为16.46mm，发生在第三高V形柱中部； Z向最大位移为-13.95mm，出现在最高V形柱跨中跨处；三个方向最大综合位移为35.05mm，出现在最高V形柱的中跨处；变形满足性能要求。

(2)应力分析

在X方向风荷载作用下，机组最大应力为-103.1MPa，出现在高区支撑架底部传递梁上。此阶段构件的应力满足要求。

在Y方向风荷载作用下，单元的最大应力为-84.8MPa，仍然出现在支撑轮胎骨架底部的高位区域。此阶段部件的应力很小。

结论通过对体育场整个安装过程的模拟分析可以看出，最大竖向位移出现在结构高点V型柱跨度中部，为-15.58mm。最大水平位移也出现在结构高点V形柱跨中部。外胀位移约36.19mm，最高V形柱中部整体变形40.19mm，满足结构变形要求。整个安装过程中应力处于较低水平。机组最大应力为107.1MPa，出现在高区支撑架底部转换梁处，表明结构施工方案可行，支撑架布置合理。