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《哈尔滨工业大学》 2012年
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大型复杂结构施工时变特性分析与控制研究

王化杰  
【摘要】:超高层结构和大跨度预应力钢结构是目前大型复杂结构发展的两大热点方向,尤其是随着国民经济的快速发展,基础建设投入的不断加大,超高层结构和大跨度预应力钢结构在我国得到了快速的发展。但是,在这类结构快速发展的同时,出现了一系列新的施工问题。如超高层结构中的变形累积问题、伸臂桁架合理施工安装时序问题、椭圆平面弦支穹顶结构张拉成形控制问题以及索夹滑移控制问题等,都是目前大型复杂结构施工过程中亟待解决的关键问题。尤其是随着工程规模的扩大化和结构形式的复杂化,这些问题将日益突出,以至于会对结构施工安全和精确成形造成严重影响。因此,通过施工时变分析方法,结合施工监测和大型试验对结构施工全过程进行跟踪研究,进而掌握结构施工时变特性,提出合理施工方案和施工控制措施,对推动两类大型复杂结构的健康、迅速发展具有重要意义。基于此,本文开展了如下研究工作: 1、施工时变分析方法研究 采用CEP-FIB90混凝土收缩徐变预测模型和龄期调整有效模量法结合,实现了施工过程中混凝土收缩徐变的模拟。在此基础上,综合单元生死、分步加荷、分步约束等时变分析技术,建立了可以考虑混凝土收缩徐变的施工全过程分析方法。将Steffensen加速收敛法引入预应力找态分析,提出了加速收敛张力补偿法,有效改善了结构找态分析的效率和收敛性能;并基于滑移力分配的思想,建立了可以考虑摩擦力影响的连续索滑移模拟方法,解决了时变分析中由于索节点滑移所引起的几何构形、体系和刚度时变问题,完善了大跨度预应力结构施工时变分析方法。 2、超高层结构施工变形累积分析与控制 以高度超过400m的典型超高层结构为例,采用施工全过程模拟的方法对其竖向变形累积问题进行分析,掌握了超高层结构传统施工模式下的竖向变形累积规律,并获得了施工找平、混凝土收缩徐变、核心筒先行施工层数等工程措施和时变因素对变形累积的影响规律;以此为基础,提出了阶段变形补偿法对超高层结构竖向变形累积进行变形预调控制;最后建立了超高层大型施工监测系统,对典型超高层结构工程实例进行了完整的施工全过程监测,并对理论分析结果进行了验证。 3、超高层结构伸臂桁架安装时序分析与优化 对超高层结构中关键横向联系构件-伸臂桁架的合理安装时序问题进行了优化分析,详细考察了两种常用伸臂桁架对结构侧向刚度的影响,分析了不同安装时序下,由竖向变形差异引起的伸臂桁架附加内力发展规律,并给出了伸臂桁架连接时刻与最大附加应力之间的关系曲线。进而给出了伸臂桁架合理安装时序的确定方法,并通过施工全过程监测,验证了理论分析的准确性。 4、椭圆平面弦支穹顶结构张拉全过程分析与控制 对弦支穹顶结构的张拉方法进行了对比分析,总结了各种张拉方法的特点,并利用结构对称性,提出间隔对称张拉径向索的施工方案,有效地节省了张拉设备数量和施工成本;对大型椭圆平面弦支穹顶结构进行张拉成形分析,给出了包括张拉设备选取、合理拆撑卸载时刻选取等工程施工控制建议,并成功用于大连体育馆椭圆平面弦支穹顶结构的张拉成形;对椭圆平面弦支穹顶结构施工过程中的索夹滑移问题进行研究,提出了3种实用的索夹滑移控制方法,并在大连体育馆椭圆平面弦支穹顶结构中得到了应用;最后分别采用径向索张拉和撑杆顶升两种施工方案对14.5m×11.6m的椭圆平面弦支穹模型进行了张拉成形试验,验证了时变分析技术的正确性和张拉方案的可行性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU974;TU393

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