大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)分析方法研究

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)分析方法研究摘要：大跨度鋼結(jié)構(gòu)自上個(gè)世紀(jì)五六十年代開(kāi)始建造并不斷發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式逐漸趨向多樣化。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，大跨度鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)展最迅速、最活躍、最具特色的建筑類型之一。關(guān)鍵詞：大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；施工方法現(xiàn)代的建筑工程越來(lái)越傾向于高層建筑，但是在建筑行業(yè)發(fā)展的初期，由于建筑工程的跨度和高度都較小，建筑結(jié)構(gòu)的受力相對(duì)于高層大跨度建筑也不大。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，對(duì)會(huì)影響結(jié)構(gòu)性能的各方面因素缺乏重視，對(duì)于跨度較小或底層的建筑來(lái)講，施工的最終結(jié)果同設(shè)計(jì)沒(méi)有太明顯的差異，但是對(duì)于跨度較大、樓層較高的建筑來(lái)說(shuō)，如果還沒(méi)有重視施工方法和施工過(guò)程會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響，就會(huì)導(dǎo)致建筑的最終狀態(tài)同設(shè)計(jì)存在差異。一、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析通常情況下，時(shí)變結(jié)構(gòu)力學(xué)主要包括：慢速時(shí)變力學(xué)；快速時(shí)變力學(xué)；超慢速時(shí)變力學(xué)，其中施工力學(xué)是慢速時(shí)變力學(xué)中的一種，在結(jié)構(gòu)不斷變化的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行靜動(dòng)力分析，即對(duì)其工作時(shí)的各種狀態(tài)進(jìn)行全面分析，以對(duì)其不同狀態(tài)下的機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行合理研究。根據(jù)建筑施工的具體情況可知，結(jié)構(gòu)施工過(guò)程需要增加部分支撐體系，只是暫時(shí)性的，以在與原有結(jié)構(gòu)融合成一體的情況下，對(duì)其施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析。在進(jìn)行大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工時(shí)，如果結(jié)構(gòu)的最終效果想要與設(shè)計(jì)階段的各種標(biāo)志相一致，則需要對(duì)如下兩個(gè)方面給予高度重視：施工結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析；施工結(jié)構(gòu)的計(jì)算，以在將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作為重要依據(jù)的基礎(chǔ)上，確保施工方案的可行性、科學(xué)性，從而提高施工穩(wěn)定性、安全性。隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大跨度結(jié)構(gòu)的發(fā)展速度不斷加劇，是各種施工工程必須重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，如在整體吊裝某個(gè)體育館的中平面桁架時(shí)，需要注重吊點(diǎn)數(shù)量、位置的合理確定，才能確保其各種指標(biāo)與相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)相一致，從而提高桁架的整體穩(wěn)定性。二、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)分析方法1、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的力學(xué)原理。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工是連續(xù)的，也就是說(shuō)鋼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)也是在不斷變化的，前階段的內(nèi)力和位移對(duì)下個(gè)階段會(huì)產(chǎn)生直接的影響，只有深入分析各個(gè)階段的內(nèi)力和位移才能保障其效益的準(zhǔn)確性；另外在各個(gè)階段的施工時(shí)，結(jié)構(gòu)各個(gè)方面的指標(biāo)都會(huì)發(fā)生邊變化，例如溫度、約束、預(yù)應(yīng)力等，只有通過(guò)嚴(yán)密的跟蹤才能反映出最準(zhǔn)確的結(jié)果.目前有限元的發(fā)展非常迅速，例如MSC、ANSYS等都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的混合運(yùn)算，對(duì)各方面的計(jì)算分析也都相對(duì)完善，以此成立了一個(gè)更加強(qiáng)大的平臺(tái)，但由于該平臺(tái)不能直接實(shí)現(xiàn)對(duì)施工的跟蹤，所以利用該平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)是當(dāng)前一條急需發(fā)展的道路。左邊轉(zhuǎn)為是位移向量，后二者分別為位移向量和荷載向量.對(duì)于工程施工來(lái)講，最重要的就是結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，當(dāng)構(gòu)件增加時(shí)剛度矩陣也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變，這時(shí)采用增量迭代的方式進(jìn)行計(jì)算，把增加構(gòu)件前的結(jié)構(gòu)狀態(tài)作為基礎(chǔ)，增加之后的狀態(tài)作為終態(tài)，這樣就能全面的分析增加構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的影響。相反，當(dāng)減少構(gòu)件時(shí)把減少前的狀態(tài)作為基礎(chǔ)，計(jì)算出減少構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)力，在減少之后把節(jié)點(diǎn)反力施加在原位置上進(jìn)行計(jì)算，即能獲得減少構(gòu)件后的結(jié)構(gòu)狀態(tài).當(dāng)外荷載發(fā)生改變時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外荷載也發(fā)生改變，例如溫度荷載等，處理的方式就是在原有荷載列陣中加入增加荷載的變化量，然后重新進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)外界因素發(fā)生改變時(shí)要進(jìn)行統(tǒng)一處理，實(shí)時(shí)調(diào)整位移列陣。對(duì)于有限元軟件來(lái)講，相對(duì)容易的問(wèn)題是邊界的變化，但是對(duì)于構(gòu)件的改變處理則相對(duì)復(fù)雜，這時(shí)可以使用ANSYES軟件中的計(jì)算功能和單元功能來(lái)全過(guò)程跟蹤施工分析方法.所謂ANSYES就是一個(gè)大型有限元系統(tǒng)，其包含著多種形式的單元庫(kù)，基本每個(gè)單元都具有“激活”和“殺死”的能力，也就是所謂的死活單元功能，其具體功能如下：①“激活”單元，在當(dāng)前的受力狀態(tài)下激活結(jié)構(gòu)中的某個(gè)單元，如果結(jié)構(gòu)沒(méi)有心的荷載則內(nèi)力不會(huì)產(chǎn)生改變，如果存在新增的荷載則激活的單元也會(huì)發(fā)生改變；②“殺死”單元，所謂殺死單元就是把某些構(gòu)件從結(jié)構(gòu)中撤除，這時(shí)該構(gòu)件的內(nèi)力就會(huì)作用在結(jié)構(gòu)上，造成結(jié)構(gòu)的變形.2、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的力學(xué)方法新增構(gòu)件的情況如圖所示，圖中的直線代表原來(lái)的位置，虛線位置代表發(fā)生變形之后的位置，點(diǎn)劃線代表新增的構(gòu)件，對(duì)種情況明確了下面幾點(diǎn)原則：①如果新添加的構(gòu)件沒(méi)有同原有的構(gòu)件相連，那么將采用節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)為新的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；②如圖中的a，o為新節(jié)點(diǎn)的位置，結(jié)合構(gòu)件JK延長(zhǎng)線的方向以及|KL|來(lái)決定o的坐標(biāo)位置；③如圖中的b，JK為新增的構(gòu)件，但是并不存在新增的節(jié)點(diǎn)，因此JK長(zhǎng)度就是J和K兩點(diǎn)之間的距離；④如圖中的c，JO1和JO1為新增的構(gòu)件，但O1和O1為同一節(jié)點(diǎn)，因此要由O1和JO1來(lái)共同確定O的位置，通過(guò)前兩點(diǎn)原則能夠發(fā)現(xiàn)，新增構(gòu)件的大小同建模是保持相同的，而通過(guò)后兩點(diǎn)原則又能夠發(fā)現(xiàn)，新增構(gòu)件的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生改變，所以在對(duì)構(gòu)件進(jìn)行施工的過(guò)程中必須要考慮到該問(wèn)題，如果考慮的不全面，將會(huì)直接造成構(gòu)件不能順利的安裝，而且還會(huì)產(chǎn)生大量的殘余內(nèi)力.總體來(lái)看該計(jì)算方法的效率比較高，但關(guān)于施工中對(duì)構(gòu)件矯正方面的內(nèi)容沒(méi)有涉及到，因此下面探討其它計(jì)算方法。新增的構(gòu)件如果并沒(méi)有同原有構(gòu)件相連，那么應(yīng)用建立于設(shè)計(jì)坐標(biāo)的單元激活方式就能夠進(jìn)行計(jì)算。①如圖中的a，JL同KJ幾乎在同時(shí)生成，但是生成之后的新增單元JL沒(méi)有密度虛設(shè)，剩余的參數(shù)保持不變，在新增單元添加之后還原其密度.②如圖中的b，在生成IJ和KL的時(shí)候，新增單元JK也生成，但是JL沒(méi)有密度虛設(shè)，在新增單元添加之后要把密度和彈性模量還原才能計(jì)算.③如圖中的c，通過(guò)O1和O2能夠明確O點(diǎn)的具體位置，但是通常情況下要使O點(diǎn)更接近O1，所以要通過(guò)計(jì)算來(lái)研究O1和O2哪個(gè)同設(shè)計(jì)位置更近，以此來(lái)作為O點(diǎn).上述的幾種情況并沒(méi)有考慮到實(shí)際的定位方法，所以又存在下面幾種情況.④如圖中的a和b，當(dāng)修正單位分別為兩節(jié)或三節(jié)的時(shí)候，O點(diǎn)的坐標(biāo)要同設(shè)計(jì)時(shí)保持一致，負(fù)荷單元激活的理論；⑤如圖中的的c，在兩個(gè)新增單元聚攏時(shí)，O點(diǎn)的位置也同設(shè)計(jì)的位置保持一致，也可以采用單元激活的方式.通過(guò)上述原理，利用ANSYS平臺(tái)進(jìn)行處理，一方面能夠降低施工力學(xué)研究的難度，另一方還能增強(qiáng)了計(jì)算的實(shí)用性?？傊畯氖┕ちW(xué)的角度對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程進(jìn)行分析，在各種施工項(xiàng)目中有著重要意義，不但可以使大跨度結(jié)構(gòu)的施工穩(wěn)定性得到提高，還能大大提高其施工安全性和可靠性。因此在我國(guó)建筑行業(yè)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，相關(guān)人員必須高度重視大跨度鋼