大跨度钢屋盖施工全过程数值模拟与施工监控

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近年来,大跨度空间结构的应用越来越广泛,国内外许多造型独特、结构复杂的大跨度空间建筑拔地而起,由于大跨度空间结构在整个施工过程中的受力非常复杂,需要对整个施工过程进行数值计算,并对施工过程进行安全控制。某体育馆跨度大、净空高、造型复杂,因此在施工过程中,存在一定的安全隐患,需对其施工过程进行分析和计算。体育馆钢屋盖是一个近似圆形的结构,由主次桁架拼接而成,部分桁架中心位置下部设有临时支撑。本文以该体育馆钢屋盖结构的施工过程为实际工程背景,对其安装过程和临时支撑拆除过程进行研究。本文的主要研究内容和结论如下:1、根据实际施工过程进行有限元数值计算,计算分析结果表明:钢屋盖临时支撑拆除以后,钢屋盖最大位移值为-28.4mm,最大等效应力为81.7MPa;临时支撑拆除前后,结构的应力值和变形值均维持在一个安全的范围内。2、对部分组成钢屋盖的关键桁架同一断面处上弦、下弦位置处的位移计算数据进行分析,对各个桁架的受力特点和规律进行分析,结果表明:整体钢屋盖以各桁架中心为对称位置,从桁架两端向桁架中心位置收缩,并伴随相应的扭转,整个钢屋盖的扭转量、东西方向变形量以及南北方向变形量均较小。3、根据数值计算的结果,制定详细的监测方案,并对整个施工过程的监测数据进行分析,在临时支撑卸载前后结构部分测点的应力和位移发生突变,大多数测点的应力和位移值在各自方向上均呈增大的趋势,其中最大应力监测值为-62.3MPa,最大竖向变形为-25mm,且维持在一个平稳的范围内。上弦杆主要承受压应力的影响,而腹杆的受力较为复杂,压应力和拉应力分布比较平衡,下弦杆主要承受拉应力的影响,临时支撑在整个施工过程中受压。4、对实际监测数据和理论数据进行对比分析,数据吻合较好。通过对以上内容的研究,体育馆钢屋盖在整个施工过程中,结构的变形远小于相关规范[46]要求的允许变形L/500(L=67.2m),结构实际的最大应力只有材料强度设计值的29%(Q235钢材强度设计值为215MPa)。结果表明体育馆钢屋盖的施工过程是合理有效的,且选用数值计算和实时监测的方法也是科学的,研究方法和结果可为类似工程的施工模拟和实时监测提供指导和参考。
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