[00111548]复杂空间钢结构施工过程非线性力学仿真方法

1. 课题来源与背景 随着我国综合国力的提高和经济的发展,大型复杂空间钢结构的兴建日益增多。复杂空间钢结构由于自身形体和受力的复杂性,造成施工状态和设计状态的受力及变形产生较大的差异。由于对这种差异的认识不足,施工过程中发生的重大事故屡见不鲜,因此施工过程中的力学问题越来越受到广泛的关注。施工“路径”和方式对复杂空间钢结构的建造过程以及最终成形的竣工状态都有很大影响,与一次成形的设计状态下的分析结果有较大差别,需在结构设计和施工中加以考虑。 结构构件是按一定的施工顺序历经一定的时间逐步形成的,在整个建造过程中其几何形态、刚度、荷载和边界条件都在发生变化,呈现出时变的特性,“时间”和“路径”效应将直接影响施工阶段乃至结构使用阶段的受力和变形性能。施工过程是一个涉及时间的过程,对其进行力学分析属于施工力学的范畴,是力学理论和土木工程实践相结合并交汇发展起来的一种新型的交叉学科;研究对象的几何参数、物理参数、边界参数等都是时间的函数,是耦合了时间和空间的四维力学问题。 我国在这方面的研究也有了一定的发展,但大多针对某一具体工程展开,没有形成完整的体系,有些方面还处在摸索阶段,在一些计算方法上还不完善,具有一定的局限性。本成果对复杂刚性钢结构施工过程力学模拟中的一些计算方法进行了较为深入和系统的研究,针对现有方法的缺点提出了一种新的力学仿真方法。 2. 技术原理及性能指标 传统的生死单元非线性分析方法不能考虑安装的实际位形进行力学的模拟分析,只能模拟在“漂移”位形安装的施工过程。根据复杂空间钢结构的实际安装特点,构建了适用于本结构体系的定位原则,提出了能正确模拟复杂空间钢结构施工过程的非线性力学仿真方法——基于适用于空间钢结构第四安装位形的局部位形约束生死单元法。该方法能很好的抑制传统生死单元法中“死”单元的“漂移”现象,能正确模拟按建筑工程领域第四定位原则安装的空间钢结构的施工过程,能考虑施工过程中的非线性因素的影响,并在实际工程中成功应用。 3. 技术的创造性与先进性 改进了传统方法中“死”单元的“漂移”不能正确模拟空间钢结构中按建筑工程领域第四定位原则安装的施工过程力学状态的变化情况,能准确模拟空间钢结构施工过程中的力学行为,从结构受力的角度为施工方案的正确的评价和准确预测提供依据,指导施工安装过程。 4. 技术的成熟程度,适用范围和安全性 该技术已经在几个空间钢结构过程中进行了应用,获得了良好的效果,成功指导了施工,具有一定的成熟度。适用于各类复杂空间钢结构体系的施工过程的非线性力学仿真分析,符合国家相应技术规范的要求,是安全可靠的。