某钢桁架转换层结构施工全过程模拟分析

摘要

在我国高层、超高层建筑迅猛发展以及人们对单一建筑的功能要求更多的背景下，钢桁架转换层结构以其承载力高、传力途径清楚、便于施工等优点，得以在实际工程中得到广泛的应用。由于转换层结构跨度一般比较大，荷载效应也比较大，而且施工过程及周边相连的结构构件均会对转换层结构的受力造成影响，使得结构的受力比较复杂。本文以成都来福士广场T1塔楼主入口的钢桁架转换层结构为工程背景，利用有限元软件Ansys，采用“生死”单元法对该钢桁架转换层结构的施工过程和结构竣工时的受力进行了模拟分析，并对转换层结构受力的影响因素进行了分析，明确了各因素对结构受力状态的影响。主要内容和结论如下：
　　①以时变力学和施工力学等基本理论为基础，介绍了状态变量叠加法和基于有限位移的非线性有限元法两个施工过程分析方法，介绍了“生死”单元法和分步建模法，并对比了二者的优缺点，确定本文采用Ansys“生死”法进行模拟计算，并从理论上说明这一方法的合理性。
　　②以有限元软件 Ansys为工具，利用“生死”法对 T1塔楼主入口钢桁架转换层结构施工过程进行了模拟分析，得出施工过程中结构产生的最大位移值和应力值，并定量说明了施工过程对本结构最后受力状态的影响。
　　③分别采用solid45单元和link8单元建立模型，模拟了结构建成投入试用阶段活荷载满布时转换层结构的应力状态；采用 beam188单元建立模型，模拟了转换层上部结构施工过程中及结构建成投入使用后活荷载满布时的应力状态。通过对比三种单元类型模拟的结果，说明此类结构采用beam188单元建模工作量适中，精度也能够满足要求，是较好的建模方法。
　　④以有限元软件 Ansys为工具，模拟分析了上部结构刚度、支撑结构刚度、地基不均沉降、温度与支撑方式等因素对钢桁架转换层结构受力状态的影响。上部结构框架梁刚度增大，桁架的受力会减小。支撑结构刚度增加，桁架的受力会减小，反之受力会增加，对桁架下弦杆的影响最为明显；支撑结构刚度的增大，也会使得支撑结构对转换桁架的约束增强，其本身的受力也会增加，可能会造成支撑结构的混凝土开裂；地基不均沉降会使得钢桁架结构各杆件轴力在几何位置对称的杆件上变化趋势相反，不均匀沉降对钢桁架结构的整体受力影响不太明显；桁架两端固接支撑的条件下，温度变化会产生明显的温度应力，铰接支撑条件下，温度变化对结构的受力影响很小。

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1 绪 论

1.1转换层的功能和主要结构形式

1.2 转换层结构的发展及研究现状

1.3 结构施工期力学理论的发展及研究现状

1.4 选题背景

1.5 本文研究的主要内容

2 施工过程模拟分析方法

2.1 钢结构施工期的受力特点

2.2 时变力学和施工力学

2.3 施工过程分析理论

2.4 施工过程模拟分析方法

2.5小结

3 钢桁架转换层吊装施工模拟

3.1 引言

3.2有限单元法基础

3.3 工程概况

3.4 桁架吊装概述

3.5 桁架吊装模拟分析

4 钢桁架转换层上部结构施工阶段模拟

4.1 荷载的确定

4.2 solid45单元模型及计算结果

4.3 beam188梁单元模型及计算结果

4.4 link8单元模拟及计算结果

4.5 小结

5 钢桁架转换层结构受力影响因素分析

5.1 引言

5.2 上部框架结构刚度的影响

5.3 转换层支撑结构刚度的影响

5.4 地基不均匀沉降的影响

5.5 温度作用与支撑方式的影响

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文存在的问题和后续工作的展望

致谢

参考文献