钢管混凝土格构式风力发电机三肢柱塔架施工过程模拟分析-结构工程专业论文.docxVIP

内蒙 内蒙古科技大学硕士学位论文 III III stress during the construction, for the steel tube with a height of 62.4 meters, it is advised that the pouring process is finished twice or more. Key words:Concrete-filled steel tubular ； Latticed ； Tower ； Construction process ； Construction mechanics PAGE PAGE 1 目 录 摘 要I Abstract II 1 绪论 1 1.1 研究的背景及意义 1 1.2 高耸（层）结构施工力学研究现状 2 1.2.1 国内外高耸（层）结构施工过程研究现状 2 1.2.2 钢管混凝土构件施工力学研究现状 3 1.3 课题的提出 5 1.4 本文主要研究内容 5 2 塔架结构施工过程分析方法 7 2.1 时变力学基本理论 7 2.1.1 施工力学理论基础 7 2.1.2 施工力学分析方法 8 2.2 生死单元法施工分析原理及求解流程 9 2.3 本章小结 12 3 钢管混凝土格构式三肢柱塔架结构施工过程力学模拟 13 3.1 钢管混凝土格构式风力发电机三肢柱塔架模型 13 3.1.1 钢管混凝土格构式塔架构件尺寸 14 3.1.2 钢管混凝土格构式塔架结构有限元建模 14 3.1.3 单元类型的选取 16 3.2 荷载计算 17 3.2.1 风荷载计算 17 3.2.2 施工荷载计算 20 3.3 塔架结构各施工阶段的力学性能分析 22 3.3.1 塔架结构计算简图 22 3.3.2 施工阶段的划分 23 3.3.3 格构式塔架组塔施工方案 25 3.3.4 塔架结构各施工阶段的受力分析 28 3.4 塔架结构施工过程中的内力分析 37 3.5 塔架结构施工过程中的变形分析 40 3.6 本章小结 43 4 钢管混凝土塔柱施工过程分析 44 4.1 空钢管有限元模型建立 44 4.2 塔柱钢管的施工荷载计算 45 4.2.1 混凝土侧压力的施加方法 45 4.2.2 塔柱钢管在施工阶段的不利工况 45 4.2.3 施工荷载及荷载组合 46 4.3 混凝土浇筑高度对塔柱钢管力学性能的影响 47 4.4 空钢管塔架结构施工高度分析 55 4.5 混凝土泵送压力的计算 56 4.6 本章小结 58 结 论 59 参考文献 60 在学研究成果 64 致 谢 65 - - PAGE 13 - 1 绪论 1.1 研究的背景及意义 传统结构设计理论只对使用阶段的结构在不同荷载工况及其组合作用下的效应 进行分析，分析过程中静荷载不随时间变化，动荷载随时间按已知规律或随机变化， 并以此来保证结构具有一定的安全性和适用性。然而，结构的危险阶段不是在建成后 的正常使用阶段，而是在施工阶段，施工阶段分析的对象实际上是一个几何形状和边 界均随时间变化的结构，这种变化规律随施工工艺而变，故可变性很大[1]。实际中结 构的自重荷载是在施工过程中随着施工步的推进逐渐施加在结构上，结构所产生的内 力和变形是由各施工步的效应依次累积而成，当施工过程“路径”和“时间”效应对 结构的内力和变形影响较大时，特别是几何形状和边界时变剧烈的大型复杂结构，可 能使得竣工状态下结构内力或变形过大而导致其在使用阶段与其它荷载效应组合以 后呈现较高安全风险[2,3]。根据全国 357 起倒塌事故统计，有 78%是在施工中发生[4]。 究其原因，相当程度上由于施工过程中未进行应有的力学分析，更缺乏对结构施工过 程系统地研究。因此，应在施工过程中对结构承受各种变化的荷载进行跟踪分析，以 便采取针对性强的措施保证施工安全进行。 国内也曾有钢管混凝土结构在浇筑混凝土时意外事故的发生。钢管混凝土结构施 工时，一般先组立空钢管作为施工阶段承重结构，再浇筑混凝土，此时空钢管结构承 受自重及施工荷载。浇筑混凝土时，会对空钢管内壁产生侧向压力，钢管管壁在这种 压力的作用下，可能会引发钢管局部应力集中或屈曲现象，甚至导致钢管胀裂[5,6]。 我国某钢管混凝土拱桥在灌注混凝土时，由于钢管局部应力集中严重引发了钢管开裂 事故[7]。诸如此类事故的发生，已经造成较大的经济损失，钢管混凝土结构施工阶段 的安全性也因此受到高度重视。全国部分倒塌事故的统计结果显示，结构施工阶段的 安全性往往低于使用阶段，因此，研究施工阶段塔架结构的力学性能更为重要。 目前，钢管混凝土格构式风力发电塔架在国内还没有应用于实际工程，钢管混凝 土格构式风力发电机塔架结构体系的设计理论不够成熟，研究成果不够全面、不够系 统，施工过程