钢结构施工变形预调值及分析方法

一般情况下钢结构的设计位形只是施工的目标位形,不能作为确定构件加工和安装位形的直接依据。为保证施工的顺利进行以及竣工时结构的位形满足设计要求,施工过程中需对结构设置变形预调值。介绍了钢结构施工变形预调值的概念,构造了钢结构施工变形预调值计算的一般迭代法、正装迭代法、倒拆迭代法和分阶段综合迭代法。其中,一般迭代法可用来计算采用满堂脚手架法施工的钢结构变形预调值。正装迭代法可用来计算各种施工方法下钢结构的变形预调值,但当结构复杂杆件比较多时,分析过程中常出现算法不收敛的问题。倒拆迭代法收敛性高,但计算工作量较大。分阶段综合迭代法可以用来计算闭环复杂结构的变形预调值,克服迭代不收敛问题,其计算工作量较小。     

CCTV新台址主楼钢结构施工变形预调值计算的分阶段综合迭代法

CCTV新台址主楼两塔楼双向倾斜6°,顶部通过"L"形大悬臂相连,整体结构形成一个不规则的"空间门式"结构体系,具有"塔楼倾斜"、"空间连体"及"大悬臂"的构成特点。主楼钢结构安装采用无支撑胎架的施工方案,悬臂段合拢前两塔楼不断地向倾斜方向内侧独立变形,合拢后二者相互支撑,协调变形。施工过程中必须对两塔楼及大悬臂结构和构件的安装位形设置预调值,使其施工完成后的结构位形满足设计位形或目标位形的要求,否则成型位形将不满足设计及施工要求,甚至会导致大悬臂结构无法顺利安装。针对CCTV新台址主楼,提出一种精确计算其钢结构施工变形预调值的分析方法———分阶段综合迭代法。分析给出了结构在施工过程中的变形预调值,作为实际结构施工及安装的重要定位依据。     

超高层混合结构竖向变形分析及补偿北大核心CSCD

采用B3模型分析了超高层混合结构竖向构件压缩变形、结构变形补偿、构件差异变形及伸臂合拢时间对伸臂内力的影响。研究结果表明:楼板施工前变形可通过控制设计标高得到补偿,而楼板施工后变形要由B3模型计算分析得到,然后进行预补偿;补偿周期较短时,楼板施工后变形最大值出现在中间某层,随着补偿周期的增加,最大值出现楼层呈上移趋势;不同的施工方法,施工验收时的标高误差区别较大,采用设计标高+标高补偿值的施工方法可使标高误差最小;通过混凝土部分的标高补偿和钢构件部分的长度预调整,结构在补偿周期时达到设计标高;标高补偿值具有时变性,补偿周期时标高补偿值为零;伸臂连接时间越迟对伸臂受力越有利。     

地基不均匀沉降对CCTV新台址主楼变形预调值的影响及分析

中央电视台(CCTV)新台址主楼由两倾斜塔楼、L形大悬臂以及裙房组成,其特殊的造型设计使得施工过程结构的变形发展异常复杂。由于施工采用两倾斜塔楼独立安装、大悬臂从塔楼逐步悬伸对接的施工方案,导致在施工过程中,上部结构除了在自身荷载作用下产生变形外,还会随着地基不均匀沉降而发生变形。因此必须对结构构件的安装位形设置预调值,以保证施工完成后的结构位形达到设计位形,否则成型位形将不满足设计要求,甚至会导致大悬臂结构无法顺利安装。本文建立了基础与上部结构的一体化有限元模型,考虑了桩、土、筏板与上部主体结构的相互作用,分析评估了地基沉降对结构变形的影响。计算结果表明,考虑地基不均匀沉降,其变形预调值在悬臂端,竖向增大了11.9mm(竖直向上为正),水平向分别增大了-16.6mm(正南方向为正)和10.6mm(正东方向为正)。施工实践证明,按照考虑基础不均匀沉降影响获得的结构变形预调值安装,可以保障大悬臂准确合拢。     

沉降影响下大型悬挑钢桁架结构的施工预调值计算

为保证南开大学新校区大学生活动中心大悬臂钢桁架结构的设计位形,安装时需要对结构的各节点施加施工预调值。应用有限元软件MIDAS/Gen对结构进行整体分析,确定结构在恒荷载作用下的施工预调值;综合分析工程的地基、基础形式和基础顶部的结构形式,做出结构基础为刚体的假设,按线性关系确定考虑地基沉降的施工预调值。选取沉降量小、恒荷载作用变形小的节点为基点,建立施工预调值计算式,将计算结果应用于施工控制,满足了结构的设计位形要求。     

地基及基础沉降对天津津塔施工模拟及预变形分析的影响

采用文克尔地基模型模拟地基及基础的变形与受力特征,并利用地基基础与上部结构共同组成的整体计算分析模型,考虑不同区域桩基布置的影响,给出了天津津塔上部结构施工过程中地基变形及差异沉降的定量解答,研究了施工模拟及预变形分析中地基变形对上部结构构件长度加工预调值及施工安装预调值的影响。分析结果表明,地基基础的均匀沉降不会影响上部结构构件加工预调值,不均匀沉降则有明显影响。同时给出了上部结构预变形分析中考虑地基基础沉降影响的建议实施方法。工程实践结果表明,本文提出的建议方法便于工程实施,具有良好的工程适用性。     

超限高层施工过程模拟及竖向构件预找平分析处理

以陕西省延长石油科研中心大厦超限高层项目为工程背景,基于施工阶段叠加法的分析原理,同时考虑混凝土材料收缩徐变特性、混凝土核心筒配筋率的影响以及伸臂桁架延迟连接措施,运用MIDAS/Gen软件对该项目进行施工过程模拟,计算分析塔楼竣工时刻结构的竖向变形和次结构(如伸臂桁架)的附加应力,并通过简单的理论公式推导得出结构竖向构件预找平计算方法,在此基础上,求出结构竖向构件预找平值,为施工方确定构件下料长度提供参考,弥补构件变形,尽可能使结构在竣工后满足设计要求。     

白浪河无轴式摩天轮钢结构施工过程模拟与监控

白浪河无轴式摩天轮采用创新的固定立体环状结构形式,其施工过程中风荷载和温度作用影响显著。为保障结构的施工安全和安装精度,采用非线性分步建模技术对结构施工全过程进行模拟分析;基于模拟结果确定了结构合拢温度和变形预调值,并对结构施工过程和加载过程关键杆件进行监测。结果表明:施工过程中温度作用所引起的结构应力可达60MPa,在分析时应考虑构件安装温度的影响;采用正装迭代法确定结构变形预调值可有效控制结构的最终位形,合理选择合拢温度可降低竣工后结构的应力水平,最大应力降幅达40MPa;施工过程和加载过程中结构关键杆件应力及位移均在可控范围之内,施工方案可行。研究成果可为类似结构施工提供技术支撑。     

混凝土收缩徐变对天津津塔施工模拟及预变形的影响分析

徐变和收缩对于大体积、大跨度以及超高混凝土结构的应力和变形具有不可忽视的作用。对天津津塔项目进行了考虑混凝土收缩徐变的施工模拟分析,给出了混凝土收缩徐变因素对结构框架柱施工安装预调值及构件加工预调值的影响及其考虑方法。对于本项目而言,当考虑混凝土收缩徐变影响因素后,结构框架柱施工安装预调值及构件加工预调值统一按1.5倍"不考虑混凝土收缩徐变及不考虑地基沉降影响的预调值"采用。     

广州周大福金融中心施工过程中压缩变形数据分析与研究

主体结构压缩是超高层施工过程中需要重点监测及控制的关键要素之一。为实时了解主体结构在不同施工阶段的压缩量,并探索出一种切实可行的超高层压缩变形测量与控制方法,广州周大福金融中心项目部对主塔楼施工全过程进行系统的压缩变形监测,深入摸索压缩变形产生的原因、影响因素、变形速率以及在大楼建设过程中采用的预加压缩值方法。     

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料工程特性试验研究

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料是由工程标准砂和超轻质聚苯乙烯颗粒按一定质量配比均匀混合而成的土工合成材料,研究其变形和剪切强度特性是掌握其工程力学特性的重要内容,也是解决实际工程中变形和稳定的重要依据。根据单向压缩试验和三轴固结排水压缩试验研究了此种轻质填料的压缩变形特性、剪切变形特性及剪切强度特性。在单向压缩试验的基础上,分析了轻质材料的压缩变形规律和机制,提出了适合该材料的广义孔隙比概念,并得出一般压缩曲线方程,该方程能考虑孔隙比随荷载和配比的变化。在三轴压缩试验的基础上,观察了轻质填料在三维应力状态下的偏应力–轴向应变–体变的剪切变形规律及K f线的变化规律,并分析了配比和应力状态对三轴剪切变形及剪切强度特性的影响,同时得出了K f线形态变化的分界点。     

钢绞线-钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土结构的抗震性能和可恢复功能,设计了4个不同轴压比和不同边缘构件箍筋形式的钢绞线 钢筋混凝土剪力墙试件并进行低周反复荷载试验,研究了剪力墙在反复荷载作用下的裂缝发展规律和破坏形态,探讨了轴压比与边缘构件箍筋形式对剪力墙的滞回特性、变形能力、钢筋应力、刚度退化、耗能能力和可恢复性能(残余变形、残余裂缝)的影响。研究结果表明：随着轴压比的增大,试件的侧向变形能力降低,在同一位移角下的水平荷载增大,残余变形有所增大。与边缘构件中配置圆形箍筋的试件相比,配置复合箍筋的试件的极限荷载和侧向变形均有提高,当轴压比相同时,其残余变形较小。     

预制混凝土管组合柱受剪性能试验研究

为研究预制混凝土管组合柱的受剪性能,完成了 12个预制混凝土管组合柱试件和3个预制混凝土空心管对比试件的受剪试验,分析了剪跨比、轴压比、配箍率和填充混凝土强度对各试件受剪承载力、变形性能以及破坏形态的影响.结果表明:各试件均出现剪压破坏模式,主斜裂缝夹角介于28°～41°之间;剪跨比和轴压比对预制混凝土管组合柱受剪性能...     

考虑局压效应的榫卯节点力学性能研究

木结构榫卯节点在受力过程中处于局部受压状态,通过木材横纹、顺纹方向的中部局压、端部局压、全截面受压性能的试验研究,得到了相应的材性参数;设计了钢榫头-木卯口、木榫头-钢卯口、木榫头-木卯口三组不同形式的分离式直榫节点试件,通过单调加载试验,对局部受压区域的应变分布特征进行了研究;基于试验研究得出的榫卯节点受力机理,建立了考虑局压效应的直榫节点力学模型。研究结果表明：木材横纹局压的抗压强度和弹性模量均高于全截面受压,顺纹局压与全截面受压的材性参数基本一致;榫卯节点受力区域的榫头应变远大于卯口应变,榫卯节点的受力挤压变形主要集中在榫头,而卯口变形可忽略;考虑局压效应的榫卯节点力学模型计算结果比未考虑局压效应所得的结果更符合试验结果。     

动、静荷载预压密后土压缩性状的对比研究

在侧限条件下,对物理性质相同的土分别采用静力和冲击作用产生相同的预压密,对预压密后的土样进行高压固结试验,对比研究压密程度相同但成因不同的预压密后土的压缩曲线、前期固结压力和压缩指数。结果表明,相同预压密的土,压缩后土的压缩指数相近,与预压密的成因无关。而压缩曲线和前期固结压力则因土类而异,经历相同预压密后,不饱和粉质...     

单轴压缩条件下柱状节理岩体变形和强度各向异性模型试验研究

 柱状节理岩体作为一种典型的结构岩体,由于柱状节理构造的存在,其变形和强度表现出显著的各向异性特性。为研究柱状节理岩体的力学各向异性,采用模型试验方法,以石膏、水泥和水的混合物为模型材料,制作具有不同柱体倾角(? = 0°～90°)的圆柱形柱状节理岩体试件,通过单轴压缩试验得到柱状节理岩体在不同柱体倾角?下的变形模量和单轴抗压强度。在此基础上绘制出变形和强度随柱体倾角变化的各向异性曲线,分析柱状节理岩体变形和强度的各向异性特性：柱状节理岩体变形和强度各向异性曲线都呈现近似“U”型,单轴抗压强度在? = 30°时取得最小值,在? = 90°时取得最大值,强度各向异性比达到1.5,表现出较显著的各向异性;变形模量在? = 30°～60°范围内取得较小值,侧向应变比大于0.5。同时,根据试验结果,总结柱状节理岩体在单轴压缩应力条件下的4种典型破坏模式,并对其破坏机制进行分析。     

Study of lateral compression of round metallic tubes

A detailed experimental and computational investigation of round metallic tubes subjected to quasi-static loading is presented. Experiments were conducted wherein round aluminium and mild steel tubes of different diameter to thickness ratios were subjected to lateral compression in an Instron machine. Their deformation histories and load–compression curves were obtained. The deformation of the tubes has also been studied and analysed with the help of the finite element code FORGE2. Contours of nodal velocity, equivalent strain rate and equivalent strain at different stages of compression are presented and discussed. Experimental and computed results are compared. Basic mechanism of their deformation and the effects of process parameters on deformation behaviour of the tubes are presented and discussed.     

基于简化修正压力场理论的钢筋混凝土柱荷载-变形分析

基于简化修正压力场理论对钢筋混凝土柱抗剪机理进行了分析,并考虑核心混凝土膨胀对箍筋抗剪承载力贡献的影响,计算了骨料咬合作用及受压区的抗剪承载力贡献,获得受拉区和受压区的抗剪强度,从而建立箍筋屈服后柱构件抗剪强度计算方法;结合传统截面纤维分析法,同时引入弯曲变形、剪切变形及滑移变形3种变形分量,在箍筋屈服前对柱构件进行抗弯分析,最终得出压弯剪作用下钢筋混凝土柱荷载-变形曲线,并与所收集的15个钢筋混凝土柱低周反复试验结果进行了对比。研究结果表明:采用该方法计算的荷载-变形曲线与试验骨架曲线吻合较好,对发生弯曲破坏、弯剪破坏及剪切破坏3种不同破坏类型的钢筋混凝土柱均有较好的分析效果,可用于压弯剪作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形分析。     

钢筋混凝土框架结构层间弹塑性位移计算方法及试验研究

钢筋混凝土框架结构的层间弹塑性位移是判别结构倒塌极限状态的重要指标,目前我国抗震规范规定的弹塑性位移限值仍是基于构件试验研究的结果,缺乏结构层面的计算方法和试验验证.为此,将规则框架结构的层间位移等效为梁柱组合体的侧移变形,分析组合体变形的组成,建立了梁柱组合体变形与构件变形的转换方法,提出了"强柱弱梁"型框架结构层间...     

钢-竹组合工字形柱轴压性能试验研究

为研究钢-竹组合工字形轴心受压构件性能,设计制作了18根工字形柱试件,以含钢率与长细比为基本参数,对其进行了轴压试验,观测了试件的破坏形态和变形特征,分析了各参数对试件轴压性能的影响规律,得到了组合柱在轴压荷载作用下的荷载-位移关系,基于钢材与竹材本构关系使用纤维模型法推演了荷载-位移全过程曲线.通过分析组合柱的屈服条...