太原火车南站复杂大跨钢结构施工过程受力分析与监测

摘要

复杂大跨钢结构往往结构规模庞大，施工复杂。在现阶段的复杂大跨钢结构设计中，设计人员只进行结构的整体计算，很少考虑施工过程中各种因素对结构的影响，并没有对施工过程中可能出现的复杂突发情况进行应有的计算和分析。这样会导致设计阶段结构受力与施工阶段实际受力两者间的差异，这种差异导致了在近几年内钢结构倒塌事故的78％是在建筑物的施工过程中发生的，所以进行施工阶段的各项分析是非常必要的。进行施工阶段的分析，不但可以验证结构的安全性，同时也可以帮助确立施工方案，进行施工方案的优选。
　　 进行施工阶段的分析，必须拥有理论基础，而时变结构的理论为我们进行施工阶段的各项分析提供了武器。施工阶段的分析类别多种多样，本文依托太原南火车站复杂大跨钢结构的实际工程项目，根据太原南站大跨钢结构屋盖的结构特点，对太原南站最具代表性，同时也是最迫切需要进行施工过程分析的三个方面，利用有限元软件MIDAS和ANSYS进行了分析。分析内容主要分以下几方面：
　　 (1)本文对太原南站复杂大跨钢结构在施工中的吊装和安装过程进行了分析。根据太原南站的实际吊装方案，将太原南站伞形屋盖的吊装过程分为16个施工步，在MIDAS软件中通过对施工步的定义，利用单元生死的方法模拟了施工全过程。通过对吊装方案的模拟，得到了施工过程中屋盖各杆件的内力和位移，通过对结果的分析和对比，对施工的方案进行了评价，并对太原南站大跨钢结构施工过程的安全性进行了评估。
　　 (2)本文对太原南站施工中临时支撑的拆除过程进行了分析。本文根据太原南站复杂大跨钢结构实际落架的过程，将落架的过程分为了40个步骤，采用等效杆端位移的方法，利用MIDAS软件将落架的全过程进行了模拟，通过模拟得到了施工过程中屋盖各杆件的内力和位移，通过对结果的分析对比，对太原南站大跨钢结构施工过程中的落架方案进行了评价，并对落架过程的安全性进行了评估。
　　 (3)本文对太原南站复杂大跨钢结构的临时支撑进行了非线性屈曲分析。太原南站最高的临时支撑高达32m，为了保证临时支撑能安全工作，本文先在MIDAS软件中对临时支的各构件的强度进行了验证，然后在ANSYS中对太原南站临时支撑建模，进行了临时支撑的非线性屈曲分析，得到了稳定的极限承载力，并和临时支撑的实际受力情况进行了对比。
　　 (4)本文对太原南站复杂大跨钢结构的各项监测数据进行了挑选、整理和分析。验证了施工分析中的各项数据，并对太原南站施工过程中的安全性提供了更有效地证据，并对太原南站施工过程中的各项力学性能有了进一步的认识。
　　 施工过程分析的类别很广泛，本文只针对太原南站复杂大跨钢结构项目进行了施工过程的分析，对以后需要对相似结构进行施工过程分析的设计及施工部门具有一定得借鉴意义。