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大型复杂钢结构施工力学分析及应用研究

刘学武  
【摘要】: 近年来,一大批大型复杂钢结构工程在我国落成或在建,其在施工过程中表现出了诸多新的力学问题。本文对若干亟须解决的钢结构施工力学问题进行了深入的理论研究,提出了相应的解决思路和方法,对实际工程的建设起到了指导作用。主要完成了如下工作: (1)从数学和物理上揭示了单元生死技术模拟施工过程的单元“杀死”、“漂移”和“激活”的机理,研究了单元“生死”系数的取值。探讨了结构施工过程模拟的分步建模技术。采用单元生死技术对CCTV新台址主楼的施工过程进行了分析,揭示了其在施工过程中的受力机理。 (2)提出了钢结构施工变形预调值计算的正装迭代法、倒拆迭代法和分阶段综合迭代法。采用分阶段综合迭代法对CCTV新台址主楼的变形预调值进行了分析,给出了构件的加工和安装预调值,且评估了地基不均匀沉降对变形预调值的影响。 (3)建立了大跨度钢结构拆撑过程数值模拟的千斤顶单元法。基于非线性有限元法,提出了拆撑过程数值模拟的千斤顶-间隙单元法和千斤顶-接触单元法。采用千斤顶单元法对国家体育场钢屋盖的拆撑过程进行了模拟分析。 (4)研究了索-滑轮结构体系力学状态求解的滑移索单元,采用延拓牛顿法改进了单元的收敛性,编制了索-滑轮结构体系分析的有限元程序,可用于结构的施工过程分析。 (5)提出了钢结构吊装平衡状态确定的椭圆简化算法。建立了一种模拟钢结构吊装可动体系的力学模型,在此基础上提出了其平衡状态确定的一种优化迭代算法,可精确模拟吊装可动体系空间姿态和力学状态的演变历程。 (6)建立了索结构初状态及零状态确定的二次求解技术,所求得的初状态能够考虑弹性变形和自重等作用的影响,同时可确定梁的加工位形以及索和杆的下料长度。


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