淺談大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工工藝

【摘要】在大跨度鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大的情況下，人們也明顯的在實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：大型構(gòu)件進(jìn)行吊裝過(guò)程中的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度有所隱患；永久構(gòu)件以及臨時(shí)構(gòu)件在進(jìn)行拆撐交替過(guò)程中的安全問(wèn)題。這方面的安全隱患存在，對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)的工程來(lái)說(shuō)，造成了較大的安全威脅。本篇文章主要針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)分析方式進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，以期為我國(guó)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】大跨度結(jié)構(gòu)；施工力學(xué)原理；結(jié)構(gòu)分析方法

大跨度鋼結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)體系逐漸發(fā)展過(guò)程中所形成的一種施工形式，這類型結(jié)構(gòu)施工形式本身能夠充分的滿足某些大型建筑的需求。就目前來(lái)說(shuō)，大跨度鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)憑借著自身所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為了我國(guó)應(yīng)用范圍較大的建筑結(jié)構(gòu)類型。而在大跨度鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜設(shè)計(jì)的過(guò)程中，相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員本身應(yīng)當(dāng)要著重對(duì)于設(shè)計(jì)狀態(tài)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、結(jié)構(gòu)施工等多個(gè)方面加以重視。下文主要針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)分析方式進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討。

一、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的力學(xué)原理

針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工所涉及到的過(guò)程來(lái)說(shuō)，施工計(jì)算、施工分析和結(jié)構(gòu)施工與最終的結(jié)構(gòu)目的實(shí)現(xiàn)，和其中的內(nèi)力目標(biāo)以及位移間一直程度有著直接聯(lián)系。除此之外，結(jié)構(gòu)施工方案在進(jìn)行選擇的過(guò)程中，務(wù)必要將結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)狀態(tài)來(lái)作為一個(gè)核心依據(jù)，同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)要針對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)的控制、驗(yàn)算，以此來(lái)保證結(jié)構(gòu)施工所具有的安全性。由于大跨度鋼結(jié)構(gòu)本身在進(jìn)行施工的過(guò)程中，可以轉(zhuǎn)變成為慢速時(shí)變的結(jié)構(gòu)形式，那么時(shí)間凍結(jié)法在這其中所具有的分析效果也就極為明顯。

1、施工力學(xué)原理

1.拉格郎日列式

在針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工期間的力學(xué)進(jìn)行分析過(guò)程中，拉格朗日列式通常情況下都被用在物體本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述工作上。拉格朗日列式實(shí)際上在進(jìn)行描述的過(guò)程中，都是直接將需要進(jìn)行位移的度量直接作為大型構(gòu)件固定變形前后所出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)唔知點(diǎn)，如此以來(lái)，也就將拉格朗日坐標(biāo)稱之為了物質(zhì)性代表坐標(biāo)。

2.ANSYS

在針對(duì)部分大型的有限元軟件加以利用的過(guò)程中，其邊界條件的對(duì)于大型構(gòu)件所帶來(lái)的預(yù)應(yīng)力改變的動(dòng)態(tài)施加、增刪都能夠較為簡(jiǎn)便的處理。但是對(duì)于大型構(gòu)件本身的預(yù)應(yīng)力動(dòng)態(tài)施加、增刪方面的問(wèn)題，就目前來(lái)說(shuō)，最為有效的解決方式為：通過(guò)ANSYS中所存在的死活單元功能來(lái)對(duì)于計(jì)算機(jī)本身的功能加以配合，通過(guò)該措施，能夠開(kāi)發(fā)出具有針對(duì)性的大型鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的力學(xué)分析方式。ANSYS本身主要是利用若干個(gè)擁有激活、殺死功能的單元庫(kù)構(gòu)成，其軟件本身從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，屬于有限元大型軟件。

2、施工力學(xué)分析方法

2.1大型構(gòu)件增加情況

對(duì)構(gòu)件增加情況予以有效歸納是對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程施工力學(xué)分析的必要步驟和首要步驟。針對(duì)構(gòu)件增加情況，有學(xué)者做了如下歸納。

備注：水平直線——原始設(shè)計(jì)位置；粗虛線——施工過(guò)程的變形位置；點(diǎn)劃線——新增構(gòu)件；細(xì)虛線——已有構(gòu)件。

（1）若已有構(gòu)件未與新增構(gòu)件相連接，則可把節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)看作新節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。（2）根據(jù)已有構(gòu)件設(shè)計(jì)長(zhǎng)度│KL│和JK延長(zhǎng)線方向確定新的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)O，見(jiàn)圖1a。（3）若JK代表新增構(gòu)件，但其沒(méi)有任何新增節(jié)點(diǎn)，則構(gòu)件長(zhǎng)度等同于J、K 節(jié)點(diǎn)間變形后的間距，見(jiàn)圖1b。（4）JO1/JO2為新增構(gòu)件，皆根據(jù)情況2 確定，其中O1/O2代表同一節(jié)點(diǎn)，若JO1/JO2不相互重合，則可根據(jù)算術(shù)平均原則和O1/O2節(jié)點(diǎn)確定新增節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)O，見(jiàn)圖1c。根據(jù)上述四大構(gòu)件新增情況，可以確定任一新增構(gòu)件的幾何位置和新增節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。一般而言，新增節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)O皆可由如下函數(shù)式表示出來(lái)：

式中——i方向的新增節(jié)點(diǎn)O的坐標(biāo)值；

——i方向的已有節(jié)點(diǎn)j的坐標(biāo)值；

——i方向的已有構(gòu)件ij的余弦值；

——第s根新增構(gòu)件的長(zhǎng)度；

N——已有構(gòu)件與新增構(gòu)件間連接線的節(jié)點(diǎn)數(shù)目；

M——連接線經(jīng)過(guò)第j個(gè)已有節(jié)點(diǎn)的新增構(gòu)件數(shù)目。

2.2施工力學(xué)計(jì)算方法

通過(guò)對(duì)新增構(gòu)件的情況1、2進(jìn)行了新增構(gòu)件長(zhǎng)度和建模長(zhǎng)度完全相同的確定之后，又明顯的發(fā)現(xiàn)，新增構(gòu)件情況卻對(duì)于新增構(gòu)件本身的長(zhǎng)度差異進(jìn)行了確定。通過(guò)這方面，能夠明顯的看出，大跨度鋼結(jié)構(gòu)本身在進(jìn)行施工過(guò)程中以及鋼結(jié)構(gòu)安裝期間，都必須要對(duì)以上的情況加以重視。此外，由于這類計(jì)算方式本身還存在著一定的局限性，那么就必須要針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工期間所呈現(xiàn)出的力學(xué)計(jì)算措施進(jìn)行全面深入的分析、研究，本文主要選擇了ANSYS5.7Software Package軟件平臺(tái)來(lái)展開(kāi)了相應(yīng)的討論。

備注：水平直線——原始設(shè)計(jì)位置；虛線——施工過(guò)程的變形位置；點(diǎn)劃線——新增構(gòu)件

（1）如果說(shuō)新增構(gòu)件和已有的構(gòu)件之間并沒(méi)有進(jìn)行連接，那么便可以直接利用坐標(biāo)設(shè)計(jì)單元激活的方式來(lái)達(dá)到計(jì)算的目的。（2）針對(duì)圖2a所示情況，新增單元JL與KJ同時(shí)生成，但除了JL密度取0外，一切參數(shù)皆保持不變。待構(gòu)件新增后，應(yīng)先還原構(gòu)件的實(shí)際密度，后展開(kāi)計(jì)算。（3）針對(duì)圖2b所示情況，IJ/KL/JK皆同時(shí)生成，但JL彈性模量取最小值、JL 密度取0。待構(gòu)件新增后，應(yīng)先還原構(gòu)件的彈性模量和實(shí)際密度，后展開(kāi)計(jì)算。（4）針對(duì)圖2c所示情況，O點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)采取O1/O2的算術(shù)平均，但某些特殊情況應(yīng)取最靠近設(shè)計(jì)坐標(biāo)位置的O1，即O點(diǎn)坐標(biāo)，而計(jì)算應(yīng)分步進(jìn)行，即采取圖2a所示情況完成初步計(jì)算→判定更靠近設(shè)計(jì)位置的坐標(biāo)點(diǎn)O1或O2→以最近點(diǎn)取代O點(diǎn)并連接單元→完成計(jì)算。增對(duì)上述各類單元增加情況，二次開(kāi)發(fā)應(yīng)選定對(duì)應(yīng)的分支判斷準(zhǔn)則，并結(jié)合對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法展開(kāi)計(jì)算。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于大跨度鋼結(jié)構(gòu)本身的施工過(guò)程中，進(jìn)行完善的施工力學(xué)分析，有著極大的必要性。而在本文之中，主要針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)本身所具有的各方面特性來(lái)進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，并且針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)的完善，提出了疊加角度作為重要基礎(chǔ)的邊界轉(zhuǎn)換法以及位移法理論來(lái)達(dá)到強(qiáng)制約束的目的，通過(guò)該方式，能夠便于大跨度鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析。

參考文獻(xiàn)

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