蒙皮桁架结构性能分析及天津大剧院施工技术研究

摘要

因为钢结构自身的优越性使其在工程中得到合理、广泛的应用。随着土木工程技术水平迅速提高,大悬挑、大跨度以及复杂钢结构成为了空间结构界的热点。本文以天津大剧院屋盖钢结构为工程背景,针对在天津大剧院钢结构工程中存在的设计与施工安装中的最为关键的技术难点展开研究。
　　天津大剧院利用了巨型空间桁架外包钢板的方法,从而减少悬挑端挠度,其钢板的蒙皮效应主要利用了蒙皮板在面内的抗剪和抗拉效应,提高结构性能。本文在总结前人研究的基础上,总结蒙皮效应的概念、理论,利用有限元软件分析无板桁架、平板桁架、波纹板桁架对结构挠度、应力等的贡献,比较平板与波纹板作为蒙皮发挥面内效应的效果。
　　分析得出覆盖钢板的桁架能很好地改善结构的性能,提高承载能力。钢板蒙皮效应通过承受面内应力作用对结构作贡献,而对平面外的杆单元作用不大。当桁架结构因承受竖向力而发生竖向变形时,需要利用板面内的抗拉能力抵抗桁架的竖向变形,平板桁架对桁架竖向挠度的控制要优于波纹板桁架,这也反映了波纹板在沿着波纹方向的刚度比较弱的特点。
　　天津大剧院屋盖下有一百多个不同类型的支座,大量桁架的非连续性,在这种约束不均匀条件下,本文给出结构在施工过程中的变形预调值,并模拟施工过程的支撑拆除顺序,分析在支撑拆除过程中,悬挑端变形及结构内力变化。通过对支撑进行验算,得出在结构卸载时,本工程采用的支撑架,可以满足强度、刚度、稳定性的要求。
　　最后,介绍了焊接温度场和焊接基本原理,并以此作为基础分析天津大剧院钢屋盖焊接。归纳了天津大剧院钢屋盖现场焊接类型和焊接的特点与难点,确定了天津大剧院的焊接原则与合理的焊接合拢顺序。

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第一章 绪论

1.1研究课题提出的背景与意义

1.2蒙皮效应的引出

1.3大悬挑钢结构变形控制技术

1.4焊接技术研究现状

1.5 天津大剧院工程背景

1.6 本文研究内容和方法

第二章 抗扭桁架蒙皮效应的数值模拟分析

2.1 蒙皮单元的有限元模型

2.2 蒙皮单元试件的有限元建模与分析

2.3 本章小结

第三章 蒙皮效应在天津大剧院工程的应用研究

3.1 屋盖钢结构工程概况

3.2 边界条件与加载条件

3.3 计算结果与分析

3.4 本章小结

第四章 天津大剧院悬挑钢结构变形控制技术

4.1工程概况

4.2钢结构施工变形预调值的基本概念

4.3临时支撑拆除的方法与理论依据

4.4天津大剧院施工卸载过程分析

4.5 本章小结

第五章 天津大剧院钢屋盖焊接分析

5.1焊接温度场的分析

5.2 焊接基本原理

5.3 天津大剧院钢屋盖焊接

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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