大跨度钢结构分步施工模拟方法大跨度钢结构分步施工模拟方法.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of V01．38 第38卷第9期 UniversityTechnology No．9 2010年9月 Science 2010 (Natural Edition) September 大跨度钢结构分步施工模拟方法木 潘多忠1 魏德敏2 摘要：针对施工过程中结构几何及边界条件随时间不断变化这一施工力学分析难点， 基于先装和后装结构间可通过节点设计构造预夹角的工程实践，提出“生死”子结构先后 独立求解、调整“死”结构边界节点转动约束条件的施工模拟方法．分别针对“死”结构为 静定和超静定的体系，阐述了两种边界转角条件的调整方法，推导了“生死”子结构的有 限元方程，并用该方法对典型算例进行分析、模拟．结果表明，该施工工艺便于后装结构加 工且后装结构变形较小，施工完成后结构更接近设计原型． 关键词：大跨度钢结构；施工模拟；分步施工；生死单元法；边界转角；独立求解 中图分类号：TU35 随着大型钢结构的不断发展，其施工方案更加 次安装子结构时，后装与先装子结构之间可以在建 复杂，施工力学问题逐渐受到关注．大型钢结构通常 筑几何指定的夹角上叠加一定预夹角．可以通过迭 需要历经漫长的工期，经多阶段分步施工后由子结 代调整预夹角，使得结构安装完成后，参数时变效应 ’构逐步组装形成，伴随着施工临时支撑的拆除，存在 累积抵消预夹角，最终变形到建筑几何外形． 施工荷载．施工过程的力学特征主要包括结构的几 文中在此基础上提出了一种施工模拟的新方 何参数、边界参数和荷载参数随时间的变化…．这些 法，生、死结构独立形成有限元控制方程，“生”结构 参数的时变效应将以附加应力和附加变形的形式累 先求解，将求得的“生死”结构交界点位移作为“死” 积到最终结构中，应进行定量分析确定；施工过程中 结构的位移边界条件，并放松死结构的转动约束进 可能会发生由于结构不完整导致不堪施工荷载的情 行求解．先后独立求解的方法避免了整体求解时刚 形，须进行施工过程力学分析以保证结构的安全性。 度矩阵病态的可能，与分步建模技术的基本思想一 除了结构参数的时变外，施工过程力学分析的 致；对死结构转角边界进行处理可以减弱其变形，从 主要难点是伴有的几何非线性和边界非线性．目前 而避免结构畸变，对工程施工有着实际意义． 的分析方法包括有限单元法、时变单元法和拓扑变 1 “生死子结构的有限元控制方程 化法¨J，其中有限单元法理论完备，已经成为广泛 应用的数值分析方法，并发展出成熟的商用软件，可 单元生死技术通过单元的生和死实现求解域的 以很好地解决非线性问题．基于有限元理论模拟参数 时变，即通过在结构整体刚度矩阵中增加或消除相 时变的方法有生死单元法和分步建模技术等【2引． 应构件单元的贡献来模拟构件的安装或拆除，同时 分步施工时，往往需要将结构分为几个子结构 修改整体荷载矩阵来模拟构件上荷载的产生和消 分别放样加工，通过对交界节点进行设计，实现交汇 失．在分析结构施工时，开始一次性建立结构体系及 于此的子结构之间形成指定的夹角．利用这点，在依 施工过程中所有的临时辅助构件的模型，随后对应 收稿R期：2010-03-09 *荩