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近二三十年来,大型钢结构在国内外场馆类公用建筑中应用越来越广泛,其跨度大,造型新颖,深受大众欢迎。大型钢结构施工中应力与变形随施工进展发生变化,且与使用状态相差较大。为了确保工程施工及使用都安全,且竣工后达到设计的形态要求,大型钢结构的设计中必须对施工全过程进行模拟分析。通过施工过程的模拟计算分析,为设计与施工跟踪监测提供理论依据,为施工方案的选择提供更加科学的方法。
本文首先对施工力学原理进行分析计算,介绍了施工力学中一些基本的分析方法。对于大型有限元分析软件ANSYS的高级命令单元生死进行了分析计算,说明了利用生死单元对施工过程模拟计算的原理。以深圳证券交易所营运中心工程中抬升裙楼的施工为研究背景,对大跨钢结构的施工过程进行分析。分析方法是先建立抬升裙楼的有限元模型,再按施工方案把施工过程分为十八步,利用单元生死技术逐步模拟计算,得出结构构件轴应力和关键点的位移与施工步的关系,做出曲线图并进行分析。在传统的设计方法中,完全按照设计位形建立模型,进行一次加载计算,不对施工过程进行模拟。对以上两种结果进行比较分析。
大型钢结构进行施工模拟计算应力和位移结果与传统计算结果相比:部分构件轴应力的大小与方向发生变化,出现构件施工中轴应力大于成型后轴应力;施工模拟计算得到的变形大于一次加载计算;从而施工过程对结构构件轴应力与变形影响不可忽视。施工模拟计算中,结构构件的内力和位移随施工步变化,得出的结果为施工过程中跟踪监测提供依据。随着空间钢结构的发展,对大型钢结构施工过程的模拟将会是其设计的重点。