導(dǎo)語(yǔ)：大廈鋼結(jié)構(gòu)連廊施工過(guò)程仿真分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］采用MIDAS/GEN對(duì)某大廈鋼結(jié)構(gòu)連廊施工過(guò)程進(jìn)行了仿真模擬，分析了鋼結(jié)構(gòu)連廊在施工過(guò)程中各桿件的應(yīng)力和變形分布。根據(jù)分析結(jié)果和施工方案，在鋼結(jié)構(gòu)連廊各關(guān)鍵桿件表面安裝了應(yīng)變和變形測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)控其施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)桿件位置的應(yīng)力和變形的變化量。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，本工程施工過(guò)程各桿件應(yīng)力和變形實(shí)測(cè)值與理論值較為一致，施工過(guò)程鋼結(jié)構(gòu)連廊處于安全狀態(tài)。

［關(guān)鍵詞］施工監(jiān)控;數(shù)值模擬;鋼結(jié)構(gòu)連廊;大跨度

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的大跨度鋼結(jié)構(gòu)不斷應(yīng)用在新建建筑中。大跨度鋼結(jié)構(gòu)通常需要經(jīng)過(guò)吊裝和多階段拼裝施工。在結(jié)構(gòu)逐步成型的過(guò)程中，臨時(shí)荷載、邊界條件和結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)等因素都在不斷變化，結(jié)構(gòu)不斷產(chǎn)生累計(jì)附加應(yīng)力和變形［1－3］。如果在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有驗(yàn)算施工過(guò)程結(jié)構(gòu)的承載力或沒(méi)有充分考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)的附加影響，無(wú)疑會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)施工和運(yùn)營(yíng)造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工分析和過(guò)程監(jiān)控，確保施工過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)體系平穩(wěn)有序地轉(zhuǎn)換就顯得尤為重要［2－6］。本文結(jié)合某大廈大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊的施工過(guò)程，利用MIDAS/GEN軟件對(duì)其施工全過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，并對(duì)整個(gè)施工過(guò)程應(yīng)力和變形進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)試，分析了鋼結(jié)構(gòu)連廊從吊裝到構(gòu)件安裝全施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和豎向變形的變化，為大樓鋼結(jié)構(gòu)連廊施工安全和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供技術(shù)參考和依據(jù)。

1工程概況

本工程地上11層，地下1層，上部結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)連廊組成。鋼結(jié)構(gòu)連廊位于結(jié)構(gòu)11層、12層，連廊總跨度為26.5m，由兩榀(1)、(2)軸平面單層鋼桁架、連系鋼梁和上部二層構(gòu)架層共同組成，鋼連廊所用材料為Q345鋼。本工程大廈如圖1所示，鋼結(jié)構(gòu)連廊立面示意圖如圖2所示。鋼結(jié)構(gòu)連廊施工過(guò)程分為鋼桁架吊裝過(guò)程和其余構(gòu)件拼裝過(guò)程。吊裝過(guò)程主要分為以下四個(gè)步驟:起吊前、起吊、就位和臨時(shí)固定。起吊前平面鋼桁架垂直立放于地面上，放置枕木于結(jié)構(gòu)底部跨中及(F－1/F)軸中點(diǎn)及(C－1/C)軸中點(diǎn)。準(zhǔn)備工作就緒后進(jìn)行起吊，吊起高度為100～200mm時(shí)懸停，檢查索具牢固性和吊車穩(wěn)定性。經(jīng)確認(rèn)無(wú)誤后吊車緩慢上升。桁架吊至柱面以上，再用穩(wěn)定纜繩旋轉(zhuǎn)桁架使其對(duì)準(zhǔn)牛腿處，以使桁架就位。將支座孔穿入兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)過(guò)渡板的螺栓內(nèi)進(jìn)行初擰，作為臨時(shí)固定，上、下弦桿采用安裝螺栓臨時(shí)固定連接。構(gòu)件安裝過(guò)程分為以下4個(gè)步驟:桁架與主體結(jié)構(gòu)連接、連系鋼梁安裝、構(gòu)架層安裝和樓板澆筑幕墻安裝。臨時(shí)固定步驟結(jié)束后，兩榀桁架壁板與主體結(jié)構(gòu)外伸弦桿剛性連接，腹桿與主體結(jié)構(gòu)外伸斜桿焊接，之后將兩榀桁架間的連系鋼梁安裝，再安裝桁架上部及兩側(cè)的構(gòu)架層鋼構(gòu)件，最后澆筑樓板及安裝幕墻。

2施工過(guò)程仿真分析

2.1MIDAS/GEN分析模型

采用MIDAS/GEN進(jìn)行施工過(guò)程模擬，施工步驟根據(jù)吊裝及構(gòu)件拼裝過(guò)程共分為7個(gè)階段CS1～CS7，將每個(gè)階段新增單元定義為一個(gè)結(jié)構(gòu)組并通過(guò)激活或鈍化來(lái)完成結(jié)構(gòu)單元的增減，邊界、結(jié)構(gòu)組和荷載的變化在各個(gè)施工階段內(nèi)激活和鈍化來(lái)模擬。本次模擬僅考慮結(jié)構(gòu)自重。梁、柱采用梁?jiǎn)卧M，樓板采用板單元模擬。起吊前枕木放置位置、起吊過(guò)程中的起吊點(diǎn)和臨時(shí)固定階段桁架上下弦桿邊界條件均定義為鉸接，鋼桁架與主體結(jié)構(gòu)連接后各柱底部定義為剛接。各施工模擬階段CS1～CS7施工模擬工況見(jiàn)表1所示，施工模擬過(guò)程見(jiàn)圖3所示?？梢钥闯?，吊裝過(guò)程中鋼桁架弦桿應(yīng)力增量最大值出現(xiàn)在跨中上、下弦桿，為11.9MPa、－10.1MPa，腹桿應(yīng)力增量最大值出現(xiàn)在兩側(cè)斜腹桿中部，均為9.3MPa。鋼結(jié)構(gòu)連廊安裝過(guò)程中鋼桁架弦桿應(yīng)力增量最大值出現(xiàn)在跨中上、下弦桿，為38.5MPa、－35.5MPa，腹桿應(yīng)力增量最大值出現(xiàn)在兩側(cè)斜腹桿中部，為41.7MPa、41.8MPa。鋼結(jié)構(gòu)連廊各桿件應(yīng)力在吊裝和安裝施工階段遠(yuǎn)低于鋼材的屈服應(yīng)力，桿件應(yīng)力較大位置位于鋼桁架跨中上下弦桿及兩側(cè)斜腹桿中部。

2.2仿真結(jié)果

限于篇幅，本文僅給出封頂時(shí)CS2、CS3和CS7階段鋼結(jié)構(gòu)連廊的桿件上下表面的應(yīng)力云圖如圖4所示?？紤]到鋼結(jié)構(gòu)連廊主要受力構(gòu)件為與框架主體結(jié)構(gòu)相連接的鋼桁架，為方便顯示僅截取鋼桁架部分桿件的應(yīng)力。由于鋼桁架起吊前放置于地面上CS1階段的各桿件應(yīng)力很小，取CS1階段作為初始狀態(tài)用于后續(xù)各施工階段應(yīng)力增量分析。鋼桁架變形仿真模擬分析僅針對(duì)吊裝完成后的鋼結(jié)構(gòu)連廊構(gòu)件安裝階段。CS3臨時(shí)固定階段和CS7安裝完成階段鋼桁架變形云圖見(jiàn)圖5所示?？梢钥闯鲣撹旒茇Q向變形最大位置位于鋼桁架跨中，(1)、(2)軸鋼桁架豎向變形增量約為6.92mm、7.32mm。

3施工過(guò)程監(jiān)測(cè)

3.1測(cè)點(diǎn)布置

施工過(guò)程監(jiān)測(cè)應(yīng)選取在應(yīng)力模擬值較大位置的桿件來(lái)安裝應(yīng)變傳感器。本工程在兩榀鋼桁架放置于地面上CS1階段時(shí)安裝應(yīng)變傳感器。根據(jù)前述的仿真模擬結(jié)果，測(cè)點(diǎn)主要布置在鋼桁架跨中上、下弦桿及兩側(cè)斜腹桿中部，測(cè)點(diǎn)具體布置如圖6所示。變形監(jiān)測(cè)采用人工全站儀定期觀測(cè)的方式進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)布置在鋼桁架下弦桿跨中位置。應(yīng)變傳感器安裝時(shí)先打磨掉鋼結(jié)構(gòu)表面的防腐漆，然后將傳感器導(dǎo)桿兩側(cè)的固定塊焊接在鋼結(jié)構(gòu)表面固定牢固。傳感器的安裝和現(xiàn)場(chǎng)走線如圖7所示。

3.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

將不同施工階段CS1～CS7各桿件測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值乘以鋼材彈性模量得到各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力實(shí)測(cè)值如圖8所示，可以看出，本階段性監(jiān)測(cè)期內(nèi)(1)軸鋼桁架弦桿、腹桿實(shí)測(cè)應(yīng)力最大值分別為33.5MPa、36.4MPa，應(yīng)力增量最大值分別為16.3MPa、27.2MPa;(2)軸鋼桁架弦桿、腹桿實(shí)測(cè)應(yīng)力最大值分別為31.5MPa、33.7MPa，應(yīng)力增量最大值分別為19.0MPa、32.1MPa。連廊變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的豎向變形實(shí)測(cè)值通過(guò)跨中豎向變形扣除兩端支座變形得到。取鋼結(jié)構(gòu)連廊吊裝完成后臨時(shí)固定狀態(tài)下的變形作為本階段性監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)連廊的初始變形(按零變形考慮)。施工階段鋼結(jié)構(gòu)連廊豎向變形實(shí)測(cè)增量和理論增量的對(duì)比情況如圖9所示。數(shù)據(jù)表明，鋼結(jié)構(gòu)連廊跨中的豎向位移實(shí)測(cè)值與理論值的整體變化趨勢(shì)基本一致，各施工階段的變形實(shí)測(cè)值與理論值較為接近。

4結(jié)論

本文采用MIDAS/GEN軟件建立了該工程的結(jié)構(gòu)有限元模型，并對(duì)其鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程進(jìn)行了仿真分析及監(jiān)測(cè)，得到結(jié)論如下:(1)通過(guò)施工過(guò)程的模擬結(jié)果可以看出，鋼桁架在吊裝及安裝過(guò)程中上、下弦桿跨中和兩側(cè)斜腹桿中部的桿件應(yīng)力變化較大，應(yīng)在施工過(guò)程中重點(diǎn)監(jiān)控。(2)安裝過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)連廊各桿件的應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值的整體變化趨勢(shì)基本一致，多數(shù)桿件應(yīng)力實(shí)測(cè)值小于理論值;個(gè)別桿件應(yīng)力實(shí)測(cè)值超出理論值，但差值較小。(3)對(duì)比模擬與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，鋼結(jié)構(gòu)連廊在吊裝、安裝過(guò)程中各關(guān)鍵桿件的應(yīng)力變化較為一致，整體應(yīng)力水平較低且可控，結(jié)構(gòu)目前處于安全狀態(tài)。

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作者：吳銘昊 單位：福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室