张力结构在过去几十年中,凭借其轻质高强、美观性以及高材料利用效率的突出优势,经历了快速发展和广泛应用[[1], [2], [3], [4]]。作为代表性体系,轮辐式索结构通过径向拉索和环向构件的协同工作,实现了结构效率与建筑美学的有机统一[5,6]。该结构形式已成功应用于许多地标项目,如巴西的马拉卡纳体育场和中国的深圳宝安体育场,证明了其在大跨度应用中的经济合理性。随着建筑更新周期的加速,许多早期建造的结构面临因功能升级或材料老化而需要拆除的需求[[7], [8], [9], [10]]。鉴于高预应力水平,不当的拆除可能引发应力突然释放和渐进倒塌[[11], [12], [13], [14]]。因此,开发安全可控的拆除技术已成为一个紧迫的挑战。
传统上,渐进倒塌拆除法(PCD)被用于结构拆除[[15], [16], [17], [18], [19]]。然而,将 PCD 应用于高预应力体系由于大量应变能的突然、不可控释放而存在严重的安全风险[[20], [21], [22], [23], [24], [25], [26]]。与明确利用动态整体失稳引发倒塌的 PCD 不同,逆序分块拆除法(RSPD)旨在通过临时边界控制实现预应力的准静态、渐进重分布。这种方法将剧烈、瞬时的能量释放转化为一个可预测和可管理的过程,便于结构组件的完整回收以潜在再利用。
为了克服 PCD 的缺陷,研究人员探索了精细化拆除技术。例如,伊尔法院展览中心项目利用复杂的临时支撑系统以确保拆除期间的稳定性[27]。Akbarnezhad 等人[28]提出了一种基于 BIM 的框架来评估拆除策略的经济和环境效益。日本的鹿岛切取拆除法[7]和 TECOREP 系统[8]是自上而下的逆向施工的成功示例。此外,Dantata 等人[29]分析了影响拆除与解构的经济因素,为决策提供了数据支持。虽然逆向拆除在常规土木工程中得到认可,但其应用于强耦合、高预应力索杆体系仍是一个重大挑战。与刚性框架不同,轮辐式结构依赖于微妙的预应力平衡;任何不当的顺序都可能引发屈曲跳越行为或局部应力集中。
RSPD 方法的核心在于利用临时拉索重建结构边界条件,从而确保主承重体系拆除期间的安全性。目前,关于轮辐式索结构的研究主要集中在施工或服务期间的力学性能分析[[30], [31], [32], [33]]。然而,现有研究缺乏对拆除期间复杂应力重分布过程的研究。
总之,本文通过结合缩尺模型试验和高保真有限元模拟系统地研究了 RSPD 方法。本文的组织如下:第 2 节介绍目标结构和设计;第 3 节分析缩尺模型的实验结果;第 4 节基于实验数据验证有限元模型;第 5 节利用验证后的模型对不同 RSPD 方案进行参数化评估。最后,第 6 节总结全文。虽然专注于特定模型,但提出的评估框架和临时边界控制原则提供了实用工程参考,可扩展到其他复杂预应力体系,如索穹顶和张拉整体结构。