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大型复杂钢结构施工力学探讨

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陆思杰++刘松涛

摘要：结构施工学是时间的函数，结构施工的过程中路径以及时间效应会对所构建的结构的受力性能起到较大程度的影响。现代建设的大型工程项目通常都要求设计人员对工程项目的结构施工过程做出一定的分析，并且要求施工人员对结构的变形发展有一定的预测以及控制能力，以此来保证施工过程中的安全性以及所建结构的实用性。本文对大型复杂刚结构施工力学进行了一定探讨。

关键词：复杂钢结构；内力；变形；施工力学

工程结构所具有的几何形态、刚度以及边界条件是在建造过程中一步步形成的，并且用来描述其结构状态的物理量是随时在变化的。对施工过程中的结构设计进行理论分析预测是十分有必要的，若施工过程中结构效应受到一定程度的影响就很容易使结构丧失其稳定性，可能大致结构发生强度破坏，呈现较高的安全风险。

1施工过程结构内力分析以及施工方案的选择

复杂钢结构在建造中采用分步成型与一次成型的方式所受到的内力具有较大程度的差别，因此在设计的过程中要着重考虑，并且人们通过实践总结得到一次成型的建造方法并不十分适用，因此逐渐将其舍弃，这就使得结构的建造需要按照事先预定的施工方案对结构施工全程进行跟踪分析，要对施工时结构的内力发展以及其位形的可能变化情况和建造完成后结构的内力大小进行合理的预测，使得建筑能够在与其他荷载进行组合的情况下满足对结构的受力要求。

对于具有筒中筒高层钢结构的建筑，其混凝土的部分需要经过较长的时间才能构建完成，然而建筑的钢结构外框架却能很快完成施工变形，这两者的构建时间差所造成的变形差会给后序工程造成较大的难度。要保证工程能够顺利完成就要求对内外筒的施工方案的设计要建立在整体的结构工程分析基础上。

相同的结构能够通过不同的施工方案来进行建设，其中不同的施工方案会影响到施工过程中的安全性以及结构的受力状态，要选择最有利于施工的方案就要求对结构进行施工过程的模拟分析，尤其是建造完成之后结构中被锁定的内力的大小。

2施工变形预调值的确定

运用无支撑大跨度钢结构的建造施工最需要解决的问题是随着施工的进行已经构建的结构会不断发生变形，这就会对新装构件的安装位形受到一定程度的影响。要使得结构在建造完成后能够达到预期的目标就要求对结构构件的安装位形进行预调，预测并确定构件的安装坐标，使得最终结构能够与预期相吻合。

钢结构的变形预调值分为加工预调值以及安装预调值，其中加工预调值是构件的加工长度以及其预先设计长度的差值，其大小与完工后构件具有的轴向应力水平相关联，而安装预调值的大小决定于建筑完成后节点的安装位置的位移。变形预调值的设置能够在一定程度上影响结构的形式，其大小的计算思路需要针对不同结构的不同施工设计方案来确定。而在某些大跨度空间结构中，结构预调值不仅与安装位形以及加工位形有关，还与结构的安装方案有关。

3柔性结构成型过程分析

柔性结构的特殊之处在于其只有在拉索张拉预应力后才能够出现结构刚度。柔性结构在张拉成型之后应当满足设计位形的要求，而且结构当中的拉索预应力应当控制在预先设计的数值范围之内。不同的张拉过程会导致成型之后结构的几何形状和结构刚度的不同，所以就要对一定位形下的合理预应力的分布模式进行探讨，要在施工队的经济成本最低的情况下使其取得最佳的施工效果。若对柔性结构的拉索张拉预应力的预先设计不够准确就可能导致结构无法张拉成为预期的几何形状，也可能导致结构具有的预应力发布不均匀，使得结构的刚度以及承载力都无法达到设计要求。

要对张拉结构的形态进行合理的分析可以采用找形分析以及找态分析，其中找形分析指的是按照结构内部的预应力分布情况对满足其内部预应力的边界条件的结构形状进行求解计算，而找态分析是根据结构的形状对满足该形状的预应力状态进行求解计算。

要对预应力钢结构的张拉进行合理的模拟可以运用计算机技术进行虚拟张拉过程，对于张拉过程的力学分析是使得模拟更加真实的关键之处。

4施工时温度变化造成的影响

无论是在对结构进行设计的过程中还是对结构施工或安装过程中都要考虑温度的变化情况，温度对于结构的影响实际上是十分重要的。在结构施工或安装的周期当中温度的变化会对结构的安装造成一定程度的变形，这种变形会导致构件难以安装或安装后出现一定程度的装配应力。而温度的影响主要来源于日照以及季节的温差。要消除温度对构件安装时可能出现的差错以及构件内力的变化就要求根据不同的温度状况对施工的过程进行一定的预测分析。

5构件焊接残余应力分析

由于在焊接过程中构件的温度变化处于不均匀的状态，温度更高的部位就会出现受热膨胀，而由于相邻钢材会对其产生约束作用，焊件内部就会出现较大的温度应力，部分区域还会因此而产生塑性变形，当焊接结束之后，冷却后的构件内部会出现十分复杂的残余应力，这种力是自平衡力系，它会使构件中的一些部