大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工全過程力學(xué)分析及考慮施工影響的若干要素研究.pdf

1、大型空間結(jié)構(gòu)施工方法的多樣化和復(fù)雜化，造成施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的復(fù)雜性和最終成型結(jié)構(gòu)受力可變性。為確保工程建設(shè)安全、經(jīng)濟(jì)、順利地進(jìn)行，要求在結(jié)構(gòu)建造過程中按照客觀條件確定經(jīng)濟(jì)合理的施工順序。有必要針對(duì)大型空間鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工全過程模擬分析以了解結(jié)構(gòu)在施工階段的力學(xué)特性，同時(shí)研究結(jié)構(gòu)施工過程中一系列相關(guān)問題。 本論文以南京奧體中心主體育場屋蓋結(jié)構(gòu)工程建設(shè)為研究背景，在已有的國內(nèi)外大跨度空間結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，分析空間鋼結(jié)構(gòu)施工階段力學(xué)

2、特性，提出大型空間結(jié)構(gòu)施工階段若干影響要素的解決方案。通過工程的建設(shè)實(shí)踐，驗(yàn)證理論研究和有限元分析計(jì)算的正確性。通過論文研究，獲得了一些有價(jià)值的結(jié)論，部分研究成果直接應(yīng)用于體育場鋼屋蓋安裝以顯著提高工程建設(shè)水平、節(jié)約投資、縮短工期、確保質(zhì)量。論文的主要研究內(nèi)容摘要如下： 1.空間鋼結(jié)構(gòu)施工階段分析的有關(guān)力學(xué)理論研究 確定了解決空間鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析的控制因素及其分析步驟。采用施工力學(xué)的有關(guān)分析理論，推導(dǎo)考慮施工工況的施工

3、階段狀態(tài)變量疊加法以及考慮建造過程的子結(jié)構(gòu)矩陣位移法計(jì)算公式，總結(jié)歸納空間鋼結(jié)構(gòu)施工階段力學(xué)分析的幾種實(shí)用算法。建立預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)兩種張拉分析算法的計(jì)算程序框圖，比較其計(jì)算精度，結(jié)合實(shí)際工程構(gòu)造算例并分析算法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。 2.南京奧體鋼結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)模擬施工階段的靜力分析 采用有限元分析手段，建立奧體中心體育場屋蓋結(jié)構(gòu)的三維有限元計(jì)算模型，模擬分析在恒載、施工活載和不利偶然作用下各施工階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移和力流方向等靜

4、力特性，為合理選擇結(jié)構(gòu)安裝方案和卸載方案打好基礎(chǔ)，在滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，得到相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)果。 3.考慮結(jié)構(gòu)施工缺陷非線性分析 實(shí)際結(jié)構(gòu)在施工過程中，由于受各種因素的影響，結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生一定程度的幾何或材料缺陷，主要反映在重點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)際內(nèi)力分布變化和整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的實(shí)際安裝偏差。通過分析考慮施工工況的結(jié)構(gòu)，將分析結(jié)果、現(xiàn)場測試結(jié)果與理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比，從結(jié)構(gòu)靜力性能的層面上評(píng)估實(shí)際施工工序?qū)Τ尚?/p>

5、結(jié)構(gòu)的影響，并為大跨空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修正、制定合理有效的安裝方案提供科學(xué)的參考資料。 4.支撐體系在結(jié)構(gòu)施工階段的靜力和穩(wěn)定性分析 由于大型空間鋼結(jié)構(gòu)的重要性以及其傳力系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要進(jìn)行安裝階段支撐體系靜力性能、穩(wěn)定性能和安全可靠度方面的分析。通過對(duì)若干候選方案的對(duì)比，確定結(jié)構(gòu)施工支撐系統(tǒng)方案。分別研究三類典型支撐系統(tǒng)的靜力性能、穩(wěn)定性能和安全度，提出了一種組合式通用支撐胎架系統(tǒng)。采用目標(biāo)優(yōu)化的卸載路徑優(yōu)化分析法，按結(jié)

6、構(gòu)和支撐胎架卸載過程中受力最優(yōu)、拆架最快的原則從計(jì)算機(jī)輔助決策施工計(jì)劃的角度尋求符合設(shè)定目標(biāo)的最佳施工方案，將卸載路徑優(yōu)化分析法用于奧體鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的卸載落架實(shí)踐，落架速度快、結(jié)構(gòu)成型平穩(wěn)，取得了良好效果。 5.結(jié)構(gòu)安裝缺陷對(duì)相鄰構(gòu)件和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性影響及大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測實(shí)踐 從結(jié)構(gòu)的實(shí)際缺陷分布出發(fā)，開展組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的缺陷穩(wěn)定性研究，并與理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的層面對(duì)建成結(jié)構(gòu)的安全可靠性作