84 米跨環(huán)形桁架鋼結(jié)構(gòu)安裝卸載的數(shù)字化模擬分析

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于結(jié)構(gòu)卸載施工驗(yàn)算，主要有兩種方法：一是以卸載支承點(diǎn)反力為對(duì)象；二是以卸載支承點(diǎn)位移值為對(duì)象。

重慶市南川區(qū)大觀園鄉(xiāng)村旅游綜合服務(wù)示范區(qū)項(xiàng)目，使用通用有限元計(jì)算軟件SAP2000 分別以上述兩種方法對(duì)卸載施工全過(guò)程模擬分析，通過(guò)多方案計(jì)算對(duì)比制定科學(xué)的卸載方案，給出卸載步數(shù)、卸載量程、支點(diǎn)反力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等一些動(dòng)態(tài)的量化指標(biāo)，分階段提供鋼結(jié)構(gòu)卸載驗(yàn)收指標(biāo)[1]。

1.工程概況

本案例為重慶市南川區(qū)大觀園鄉(xiāng)村旅游綜合服務(wù)示范區(qū)項(xiàng)目，該項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)為鋼框架-鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)工程量8400t，由不同圓心的內(nèi)外圓共同組成內(nèi)外圓環(huán)桁架，內(nèi)環(huán)半徑45m，外環(huán)半徑67m，矢高6.5m～10m，最大跨度達(dá)84m，因采用“搭設(shè)臨時(shí)支架，高空原位拼裝”的方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝，安裝完畢后需進(jìn)行卸載并拆除支架。本工程建筑高度為12.650m，局部地下二層，地上二層，依山而建，工程中部保留一座原始地貌的小山丘，見(jiàn)圖1。

圖1 工程整體照片

2.卸載方案的確定

本工程使用通用有限元計(jì)算軟件SAP2000 對(duì)全過(guò)程卸載施工模擬分析，控制結(jié)構(gòu)在施工卸荷過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變形、桿件應(yīng)力，通過(guò)多方案計(jì)算對(duì)比制定科學(xué)的卸載方案，給出卸載量程、支點(diǎn)反力等一些動(dòng)態(tài)的量化指標(biāo)，分階段提供鋼結(jié)構(gòu)卸載驗(yàn)收指標(biāo)，用于指導(dǎo)實(shí)際施工[2]。

考慮到本工程卸載過(guò)程中水平側(cè)向位移釋放，同時(shí)采取保護(hù)限位措施，僅約束豎向位移，其臨時(shí)支撐點(diǎn)Z向反力數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

圖2 臨時(shí)支撐點(diǎn)Z 向反力圖

3.卸載過(guò)程及模擬計(jì)算

3.1 卸載第一階段

圖3 第一階段位移圖

圖4 第一階段應(yīng)力比圖

同步等距分級(jí)卸載第一階段計(jì)算數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

3.2 卸載第二階段

圖5 第二階段位移圖

圖6 第二階段應(yīng)力比圖

同步等距分級(jí)卸載第二階段計(jì)算數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

3.3 卸載第三階段

圖7 第三階段位移圖

圖8 第三階段應(yīng)力比圖

同步等距分級(jí)卸載第三階段計(jì)算數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

3.4 卸載第四階段

圖9 第四階段位移圖

圖10 第四階段應(yīng)力比圖

同步等距分級(jí)卸載第四階段計(jì)算數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

3.5 卸載第五階段

圖11 第五階段位移圖

圖12 第五階段應(yīng)力比圖

同步等距分級(jí)卸載第五階段計(jì)算數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

3.6 卸載第六階段

圖13 第六階段位移圖

圖14 第六階段應(yīng)力比圖

同步等距分級(jí)卸載第六階段計(jì)算數(shù)據(jù)如表6 所示。

表6 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

續(xù)表6

4.結(jié)論

（1）由計(jì)算可知，卸載過(guò)程中各個(gè)支撐點(diǎn)撓度值并未隨卸載值變化而變化，而是撓度值由跨中向邊跨呈遞減狀態(tài)；（2）卸載第一階段，位于邊跨的外環(huán)支撐點(diǎn)“WHZJ5、WHZJ6、WHZJ10、WHZJ11”以及邊跨內(nèi)環(huán)支撐點(diǎn)“NHZJ5、NHZJ6、NHZJ7、NHZJ9、NHZJ10、NHZJ11”反力已為0，支架已處于不受力狀態(tài)，可以拆除；（3）卸載第二階段，除外環(huán)支撐點(diǎn)WHZJ8 以及內(nèi)環(huán)支撐點(diǎn)NHZJ8，其余支撐點(diǎn)反力均為0，支架已處于不受力狀態(tài)，可以拆除，此時(shí)外環(huán)支撐點(diǎn)WHZJ8 以及內(nèi)環(huán)支撐點(diǎn)NHZJ8 為主要受力支架，其中以外環(huán)支撐點(diǎn)WHZJ8 反力最大；（4）從卸載第三階段起，外環(huán)支撐點(diǎn)WHZJ8 以及內(nèi)環(huán)支撐點(diǎn)NHZJ8 反力逐漸變小，該支撐點(diǎn)處撓度值也逐漸變大；（5）卸載第四階段時(shí)，內(nèi)環(huán)支撐點(diǎn)NHZJ8 反力為0，該處支架可以拆除；（6）卸載第六階段時(shí)，外環(huán)支撐點(diǎn)WHZJ8 反力為0，該處支架可以拆除，此時(shí)各個(gè)支撐點(diǎn)撓度值與最終撓度計(jì)算值吻合，且各點(diǎn)撓度值均不超過(guò)設(shè)計(jì)提供的撓度控制值，卸載完成；（7）在整個(gè)卸載過(guò)程中內(nèi)力變化較平穩(wěn)，應(yīng)力比最大值由0.5向0.7變化，均未超過(guò)0.7，在規(guī)范及設(shè)計(jì)要求控制范圍內(nèi)。