一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法技术

本发明专利技术提供了一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，基于理论分析和数值模拟，针对复杂大跨空间钢结构的吊装、卸载及监测施工方案进行了全过程模拟和确定，综合考虑了吊装施工过程中的构件分段、吊装顺序及温度应力的影响，还考虑了卸载施工过程中的卸载顺序和卸载控制方法的影响，同时针对实际施工的复杂性和不确定性制定了合理有效的监测方案，能够有效提高后续复杂大跨空间钢结构的施工效率，保证施工安全，解决大跨空间钢结构因为构造形式、施工工艺及过程的复杂性而导致的施工过程中的构件应力与变形往往与设计状态存在较大差异而产生的安全隐患问题。在较大差异而产生的安全隐患问题。在较大差异而产生的安全隐患问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法


[0001]本专利技术属于建筑施工
，尤其涉及一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的发展和综合国力的提高，建筑呈现出形式多样化的趋势。为了更好地表现出建筑师的理念、创意以及实现一些特殊的建筑功能，很多的建筑形式因需要突破原有的模式而日趋复杂，这些都推动着建筑结构形式的不断创新。现代钢结构正朝着高、大、复的方向发展，钢结构复杂的大跨建筑愈来愈多，在施工过程中的力学问题也受到越来越广泛的关注。
[0003]大跨空间结构具有跨度大、外形美观、结构轻盈等特点，但是构造形式复杂，多为柔性结构，且施工工艺及过程难度较大，其施工过程涉及到结构或构件吊装、滑移、提升和拆除卸载等关键过程，而这些结构构件的约束、荷载、简化力学模型在施工阶段与使用阶段有很大区别，一般结构设计中的计算方法是针对使用阶段的已成型结构，即一次性建立结构计算模型，一次性在结构上施加荷载，进而对结构进行计算分析，而在施工阶段中，结构的构件都是按照一定的顺序进行安装施工的，结构的成形是一个随时间而发生变化的过程，荷载也不是一次性施加在结构上的，因此施工过程中的结构形式和设计成形状态有很大差别，施工“路径”和方式对复杂结构的建造过程以及最终成形的竣工状态都有很大影响，与一次成形的设计状态下的分析结果有较大差别，这些都是要在结构设计和施工中加以考虑的，故有必要针对大跨空间钢结构进行施工全过程模拟分析以了解结构在施工阶段的力学特性。
[0004]同时，结构在施工阶段的受力状态会受到诸多不确定因素的影响，情况更为复杂多变，吊装过程中吊点设置不合理、起吊翻身及安装就位时结构杆件内力突变、临时结构卸载过程中千斤顶不同步降低等，均会导致整体结构非均匀变形，产生的内力重分布会引发部分杆件内力突变或临时结构由于荷载过大而倒塌；另外，牵引滑移过程中的不同步也会导致结构牵引力的不均匀和结构的偏离，牵引过程不平稳很快引起结构在动荷载作用下的振动，轨道不光滑和机械问题等都将引起结构杆件的内力改变，进而有可能由此使结构构件产生损伤。因此，复杂钢结构在施工过程中针对关键部位的应力、应变和位移等进行实时跟踪监测就显得很有必要了，可以较好地评价结构构件在施工过程中的受力和性能状态，及时预判变形过大、破坏、局部出现塑性区等情况，以便于采取有效措施修复，消除安全隐患。
[0005]基于上述问题，本专利技术采用理论分析和数值模拟等方法，设计了一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，综合考虑了温度和施工路径的影响以及卸载施工过程中的卸载顺序和卸载控制方法的影响，确定了合理有效的吊装监测方案以及卸载方案，保证了后续施工全过程的结构安全性和施工准确性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，基于理论分析和数值模拟方法，综合考虑了温度和施工路径的影响以及卸载施工过程中的卸载顺序和卸载控制方法的影响，确定了合理有效的吊装监测方案以及卸载方案，保证了后续施工全过程的结构安全性和施工准确性。
[0007]本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
[0008]一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，包括如下过程：
[0009]步骤1：建立大跨空间钢结构和支撑胎架的整体有限元数值模型；
[0010]步骤2：吊装施工分析：根据大跨空间钢结构形式、现场条件及温度效应确定吊装方案，对吊装过程进行施工全过程模拟分析，确定吊装方案的合理性；
[0011]步骤3：进行卸载施工分析：结合现场施工的难易性、经济性和安全性，确定最优的卸载施工方案并通过全过程模拟进行验证；
[0012]步骤4：进行全过程跟踪监测：根据各施工步骤的施工模拟结果，选取关键构件及部位布置测点进行施工跟踪监测，并与理论结果进行对比，进行施工安全和质量的评估。
[0013]进一步地，所述步骤3的卸载施工方案中，采用排沙卸载法进行支撑胎架的卸载，支撑胎架顶部设置有沙箱，在有限元模型中，采用短柱单元模拟卸载用沙箱，短柱单元设置为仅压单元，针对短柱单元，施加应变荷载控制其按照要求缩短，从而模拟沙箱的卸载过程；卸载时，采用等步长控制，对卸载点设置相同的卸载步长和足够的卸载步数，多次卸载直至卸载全部完成。
[0014]进一步地，所述步骤3中的全过程模拟方法为：以大跨空间钢结构平面上长度较长的对称轴为分界线，划分两个卸载区，通过在模拟软件中添加各级卸载值，两区分别从中间段开始向两端同步对称分级循环卸载，共分7级卸载，卸载模拟过程中，列出软件模拟卸载全过程所得支撑反力、卸载时所得竖向位移值及构件应力值，当7级卸载后支撑反力为0时，表明支撑胎架与主桁架脱离，卸载全部完成，当整个卸载过程中的挠度和构件应力均在允许范围内时，表面卸载方案满足要求。
[0015]进一步地，所述步骤4中，施工跟踪监测包括应力监测，应力监测包括主桁架吊装时的应力监测，具体测点布置如下：
[0016]根据吊点位置及起吊时主桁架受力情况，在主桁架上选取6处关键构件设置12个应变计测点，以监测起吊过程主桁架杆件受力情况，其中，主桁架的上弦梁上表面靠近吊点位置处布置四个测点，主桁架的两根腹杆上各布置一个测点，主桁架的下弦圆杆上布置有两组测点，每组测点均布置在下弦圆杆左右两侧，靠近主桁架前部的两个人字柱上各布置有一个测点。
[0017]进一步地，所述应力监测还包括大跨空间钢结构整体应力监测，具体测点布置如下：
[0018]大跨空间钢结构包括36榀主桁架，36榀主桁架全部吊装完成后，在其中6榀主桁架(1)中布置共计180个应变计测点；36榀主桁架的编号为A
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1～A
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36，其中，A
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1、A
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10、A
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18、A
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22、A
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28、A
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34对应的主桁架均布置有测点，每榀主桁架及对应的钢人字柱柱腿上均布置有30个测点。
[0019]进一步地，每榀所述主桁架及对应的钢人字柱柱腿上均布置有30个测点，其中，压
环梁与主桁架的连接节点处布置两个测点，主桁架的上弦梁上布置六个测点，主桁架的腹杆上共布置八个测点，主桁架的下弦圆杆上共布置四个测点，主桁架的人字柱斜肢处共布置六个测点，建筑主体结构上的钢人字柱柱腿上布置四个测点。
[0020]进一步地，所述步骤4中，施工跟踪监测包括位移监测，位移监测包括变形最大点监测和大跨空间钢结构整体变形评估监测，具体如下：
[0021]变形最大点监测：根据各施工步骤的模拟结果，选取各施工步骤的结构变形最大点，布置传感器以监测此类关键点的实时位移；
[0022]大跨空间钢结构的整体变形评估监测：采用全站仪进行大跨空间钢结构的相对标高测量，大跨空间钢结构包括36榀主桁架，36榀主桁架的编号为A
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1～A
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，其特征在于，包括如下过程：步骤1：建立大跨空间钢结构和支撑胎架（2）的整体有限元数值模型；步骤2：吊装施工分析：根据大跨空间钢结构形式、现场条件及温度效应确定吊装方案，对吊装过程进行施工全过程模拟分析，确定吊装方案的合理性；步骤3：进行卸载施工分析：结合现场施工的难易性、经济性和安全性，确定最优的卸载施工方案并通过全过程模拟进行验证；步骤4：进行全过程跟踪监测：根据各施工步骤的施工模拟结果，选取关键构件及部位布置测点进行施工跟踪监测，并与理论结果进行对比，进行施工安全和质量的评估。2.根据权利要求1所述的复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，其特征在于，所述步骤3中，进行全过程模拟时，采用排沙卸载法进行支撑胎架（2）的卸载，在有限元模型中，采用短柱单元模拟支撑胎架（2）顶部的卸载用沙箱，短柱单元设置为仅压单元，针对短柱单元，施加应变荷载控制其按照要求缩短，从而模拟沙箱的卸载过程；卸载时，采用等步长控制，对卸载点设置相同的卸载步长和足够的卸载步数，多次卸载直至卸载全部完成。3.根据权利要求2所述的复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，其特征在于，所述步骤3中的全过程模拟方法为：以大跨空间钢结构平面上长度较长的对称轴为分界线，划分两个卸载区，通过在模拟软件中添加各级卸载值，两区分别从中间段开始向两端同步对称分级循环卸载，共分7级卸载，卸载模拟过程中，列出软件模拟卸载全过程所得支撑反力、卸载时所得竖向位移值及构件应力值，当7级卸载后支撑反力为0时，表明支撑胎架（2）与主桁架（1）脱离，卸载全部完成，当整个卸载过程中的挠度和构件应力均在允许范围内时，表面卸载方案满足要求。4.根据权利要求1所述的复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，其特征在于，所述步骤4中，施工跟踪监测包括应力监测，应力监测包括主桁架（1）吊装时的应力监测，具体测点布置如下：根据吊点位置及起吊时主桁架（1）受力情况，在主桁架（1）上选取 6 处关键构件设置12个应变计测点，以监测起吊过程主桁架（1）杆件受力情况，其中，主桁架（1）的上弦梁（6）上表面靠近吊点位置处布置四个测点，主桁架（1）的两根腹杆（7）上各布置一个测点，主桁架（1）的下弦圆杆（8）上布置有两组测点，每组测点均布置在下弦圆杆（8）左右两侧，靠近主桁架（1）前部的两个人字柱（9）上各布置有一个测点。5.根据权利要求4所述的复杂大跨空间钢结构吊装及卸载施工分析方法，其特征在于，所述应力监测还包括大跨空间钢结构整体应力监测，具体测点布置如下：大跨空间钢结构包括 36 榀主桁架（1），36 榀主桁架（1）全部吊装完成后，在其中 6 榀主桁架（1）中布置共计 180 个应变计测点；36 榀主桁架（1）的编号为A
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1～A
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36，其中，A
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1、A
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10、A
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18、A
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22、A
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28、A
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34对应的主桁架（1）均布置有测点，每榀主桁架（1）及对应的钢人字柱（4）柱腿上均布置有 3...

【专利技术属性】
技术研发人员：包晗，黄峰，杨斌，陈刚，马怀章，梅江涛，王文晋，李林，蔡国俊，刘宇，贾逍遥，
申请(专利权)人：中建八局第三建设有限公司，
类型：发明
国别省市：