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大型悬挑钢结构施工关键技术研究

作　者: 方胜利
导　师: 张联盟; 谢伟平
学　校: 武汉理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 抬升裙楼悬挑钢结构数值模拟施工力学
分类号: TU758.11
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 530次
引　用: 7次
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内容摘要

随着我国经济的高速发展,高层建筑设计正日益向综合型多用途发展,为满足各类高层建筑的功能要求和城市美观的要求,高层建筑结构体型也进一步复杂化,其特点是向着高度更高、体型更复杂、功能综合性更强的方向发展。建筑多功能的使用要求引起了结构体型和结构形式的多样化,如带转换层结构、连体结构、竖向收进和悬挑结构、带加强层结构、平而不规则结构等,这几种结构形式的组合就是近年来使用比较多的几种结构形式。这些新颖的建筑结构形式给人耳口一新的视觉冲击感的同时也给建筑结构施工制造了很多难题。本文以施工力学分析为手段,以深圳证券交易所营运中心为研究对象,对超高层大型悬挑结构抬升裙楼施工过程中的关键技术问题进行了研究,并得到如下结论：(1)针对施工过程中可能存在的各种力学问题和技术难点,确定了裙楼的总体施工方案,通过对施工过程进行数值模拟,对施工方案进行了优化。通过研究表明,将原定施工方案中的部分施工步骤合并施工对结构基本没有影响,要采用的实际的施工方案是安全可行的,并且在一定程度上缩短了工期,节约了施工成本。(2)提出了裙楼安装过程中的一些关键技术,并对其作了分析研究：i)对超大钢结构节点高空原位拼焊变形进行了分析,研究了节点高空拼焊时焊缝变形对其精确定位的影响,确定了节点高空拼接时的焊接方案。采取“中下至上,先焊接竖向焊缝,后对称焊接横向焊缝”的原则对于节点高空拼装时的位移控制是有利的；ii)分析了塔楼持续安装对未卸载裙楼的影响,当不考虑塔楼的压缩沉降时,得到的安装起拱值偏大,即若裙楼按一定的安装起拱值进行施工,在安装完成、胎架尚未卸载之时,得到的实际起拱值,会比设计起拱值偏大。(3)提出了支撑胎架卸载过程中的一些关键技术,并对其作了分析研究：i)为了使卸载用的砂箱满足卸载需要,进行了砂箱试验,试验研究结果表明可以采用砂箱作为卸载工具。通过进行满载和过载试验模拟裙楼卸载工况,可以确定合理的砂箱技术参数。ii)对裙楼卸载时裙楼楼板混凝土的可能开裂情况进行了分析,如果裙楼卸载之前浇筑混凝土,在卸载过程中,裙楼端部的混凝土会开裂,在胎架卸载之后,再浇筑抬升裙楼的楼板混凝土效果更好。(4)工程监测结果与理论分析的对比研究。围绕坐标与内力分布的最终设计目标,对钢结构吊装过程中不同阶段各控制截而的应力和位移进行了监测,并将监测结果与数值模拟的结果进行了对比分析。在监测中,应力监测结果受各方面因素影响比较大,并不一定能真实反映结构的应力水平,因此,施工过程中结构应力的可控性比较低；位移监测的影响因素较少,监测结果的精度比较高,并且与计算结果十分吻合,说明结构变形的可控性比较高。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-26
  1.1 课题背景及研究意义  11-12
  1.2 大型悬挑结构施工技术研究现状与评述  12-22
    1.2.1 结构施工过程跟踪分析方法  12-14
    1.2.2 大跨度钢结构拆除临时支撑过程分析  14-16
    1.2.3 悬挑结构施工方法  16-17
    1.2.4 悬挑结构施工关键技术  17-19
    1.2.5 悬挑结构工程应用实例  19-22
  1.3 本文的工程背景  22-25
  1.4 本文的主要工作  25-26
第2章结构建造的施工力学问题  26-35
  2.1 引言  26
  2.2 施工力学基本概念  26-28
    2.2.1 施工力学的定义  27
    2.2.2 施工过程力学分析的基本内容  27-28
    2.2.3 施工过程力学分析的特点  28
  2.3 施工力学问题的评述  28-30
  2.4 现行的施工力学方法简介  30-32
  2.5 深圳证券交易所营运中心抬升裙楼施工力学问题  32-34
    2.5.1 巨型构件高空拼装问题  32-33
    2.5.2 高强厚钢板焊接中的问题  33
    2.5.3 裙楼施工过程的问题  33-34
    2.5.4 砂箱卸载技术力学试验  34
  2.6 本章小结  34-35
第3章抬升裙楼总体施工方案设计与优化  35-85
  3.1 引言  35
  3.2 抬升裙楼总体施工过程的施工力学分析思路与工具  35-43
    3.2.1 空间梁系模型  36-38
    3.2.2 空间杆系模型  38-39
    3.2.3 ANSYS单元生死  39-41
    3.2.4 ANSYS优化设计分析  41-43
  3.3 裙楼总体施工方案设计与优化  43-84
    3.3.1 施工方案设计  43-50
    3.3.2 施工方案优化  50-84
  3.4 本章小结  84-85
第4章抬升裙楼安装关键技术  85-92
  4.1 引言  85
  4.2 超大钢结构节点高空原位拼焊变形分析  85-89
    4.2.1 节点有限元模型  85-87
    4.2.2 结果讨论  87-89
  4.3 塔楼安装对未卸载时裙楼的影响  89-91
    4.3.1 研究目的  89-90
    4.3.2 安装起拱值的确定  90-91
  4.4 本章小结  91-92
第5章抬升裙楼支撑胎架卸载关键技术  92-105
  5.1 引言  92
  5.2 砂箱试验  92-101
    5.2.1 试验介绍  92-93
    5.2.2 试验技术要点  93-94
    5.2.3 第一组试验  94-96
    5.2.4 第二组试验  96-98
    5.2.5 第三组试验  98-101
  5.3 裙楼卸载混凝土开裂分析  101-103
    5.3.1 研究目的  101
    5.3.2 混凝土应力计算  101-103
    5.3.3 结论  103
  5.4 本章小结  103-105
第6章施工力学分析与工程监测结果对比  105-123
  6.1 引言  105
  6.2 工程监测技术研究  105-107
  6.3 抬升裙楼施工过程监测  107-112
    6.3.1 应变监测  107-110
    6.3.2 位移监测  110-112
  6.4 理论计算与监测结果对比分析  112-122
    6.4.1 应力结果对比  112-120
    6.4.2 位移结果对比  120-122
  6.5 本章小结  122-123
第7章结论与展望  123-125
  7.1 结论  123-124
  7.2 展望  124-125
致谢  125-126
参考文献  126-133
作者攻读博士期间取得的学术成就  133-134

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