基于施工过程的空间结构计算与设计方法研究

摘要

大跨度空间钢结构在施工中的安全性与成型后的受力性能是设计师必须要解决的问题。但是现行的常规设计方法并未对结构成型方案、成型过程中结构的力学状态作更多的计算分析与验算，这就导致在施工中极有可能发生安全事故。为了解决大跨度空间钢结构施工模拟计算问题，跟踪结构成型过程中杆件内力及节点位移的变化，在回顾和总结了现行多种施工力学计算方法优缺点的基础上，本文提出了一种新的施工模拟计算方法，即考虑非线性的施工内力与位移叠加法。
　　 以上海世博轴“阳光谷”工程施工为例，在线弹性理论的基础上采用本文提出的施工模拟方法，运用大型有限元分析软件ANSYS10.0对不同施工方法进行对比分析，得出分层施工法的优点是不仅可以减少脚手架的用量，降低工程造价，也可以减小成型后结构的最大挠度；然后再以一单层网壳结构为例，分别比较常规设计方法与考虑施工方案后的设计方法在结构成型后力学性能上的差异，以此说明现行常规设计方法在进行结构设计时的不足之处，并提出考虑施工的一体化设计方法。
　　 通过分析研究，本文提出的考虑非线性的施工内力与位移叠加法准确、快捷，可以用于实际工程施工内力的计算；在对结构进行设计计算时，应该考虑结构的成型方案，进行施工设计一体化分析。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第一章 绪 论

1.1引言

1.2施工力学的研究现状

1.2.1施工力学分类

1.2.2施工力学的力学与数学基础

1.3本文的主要工作

第二章 空间结构施工方法

2.1空间结构

2.1.1概述

2.1.2空间结构分类

2.2空间钢结构施工方法

2.2.1高空散装法

2.2.2单元块吊装法

2.2.3移动支架法

2.2.4高空滑移法

2.2.5整体提升法

2.2.6整体顶升法

2.2.7悬臂安装法

2.2.8逆作安装法

2.2.9 Pantadome体系施工方法

2.2.10折叠展开安装法

2.3本章小结

第三章 施工内力与位移计算方法

3.1传统施工模拟方法

3.1.1顺序施工分层叠加

3.1.2逆序施工模拟

3.1.3荷载分层叠加法

3.1.4 CFM施工模拟方法

3.1.5生死单元法施工模拟

3.2非线性分析理论

3.2.1几何非线性分析方法

3.2.2非线性平衡方程的数值解法

3.3考虑非线性的施工内力与位移叠加法

3.3.1基本原理

3.3.2施工阶段内力与位移叠加法计算步骤

3.3.3考虑非线性的施工内力与位移叠加法与其他方法的区别

3.4算例一

3.4.1模型简介

3.4.2计算分析

3.4.3结果分析

3.4.4算例一小结

3.5算例二

3.5.1模型简介

3.5.2计算步骤及内力分析

3.5.3算例二小结

3.6本章小结

第四章 上海世博会第4#“阳光谷”施工模拟及成套施工技术

4.1工程概况

4.2施工模拟分析

4.2.1计算模型

4.2.2 ANSYS中单元选取

4.2.3模型建立

4.2.4数值模拟分析流程

4.2.5考虑非线性的施工内力与位移叠加法数值模拟结果分析

4.2.6不同施工法比较

4.2.7数值模拟小结

4.3“阳光谷”结构施工成套技术

4.3.1施工工艺流程

4.3.2施工关键技术与操作方法

4.3.3本章小结

第五章 考虑施工因素的设计一体化分析

5.1结构两阶段设计方法

5.1.1基本原理

5.1.2两阶段设计与常规设计方法的比较

5.2算例

5.2.1工程概况

5.2.2计算分析

5.2.3结果分析

5.2.4工程实例一大阪穹顶施工简介

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果