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大跨钢结构施工卸载过程力学分析

作　者: 邹昕
导　师: 张维奇；袁志军
学　校: 南昌大学
专　业: 结构工程
关键词: 卸载方法 临时支撑 卸载 大跨空间结构 有限元分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


钢结构作为一种古老而又充满活力的材料随着我国钢铁的产业带来了翻天覆地变化。加之我国承办各类国际国内大型体育运动会或者展览会,越来越多的体育场结构和会展场馆不断建成。大跨度空间钢结构完美的实现了大型公共活动的使用要求,不仅仅是从建筑美学方面,而且也能满足力学的要求。但是值得发现的是,现阶段大跨空间结构面临着施工方法的多元化和复杂化,造成施工阶段时结构的内力分布较为复杂,设计使用的主体结构受力随着施工过程不断变化。施工阶段最为关键也是最后实施的步骤即为临时支撑的卸载。临时支撑的卸除过程会导致主体结构内力不断重分布,给结构在施工中的安全带来危险性,所以有必要针对大跨度空间结构进行全过程的卸载过程的模拟,了解不同施工方法下卸载过程的应力变化规律。本论文以某体育馆建设为研究的背景,通过有限元ANSYS软件对其进行建模和卸载过程模拟。该论文主要作了以下几个方面的研究：(1)采用等效的思想把大型大跨空间结构归类于用联系杆连接起来的多跨梁体系,并采用不同的卸载方法对此等效体系进行卸载模拟研究。用简单的形式算出的有限元结构来指导实际施工过程。通过评价指标的建立可获得卸载可靠度指标。(2)对空间网架进行施工阶段的弹性受力分析,得到网架结构在卸载过程中主体构件的内力分布与大小变化。并从数值上判断了四种卸载方式的优劣,研究了不同卸载方式对主体结构应力重分布和变形的影响。(3)采用有有限元分析软件,建立实际体育场的模型,考虑不同的卸载方式模拟施工情况。采用几何非线性分析理论对临时支撑胎架体系分别进行特征值屈曲分析和带缺陷的几何非线性分析,判断所用的临时支撑胎架体系的整体稳定性情况。研究不同的材料属性变化影响下的胎架结构稳定性能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 空间结构的发展趋势  10-13
    1.2.1 空间结构的形式  10-11
    1.2.2 现代钢结构工程施工方法  11-13
  1.3 大跨结构施工卸载过程和研究概况  13-14
  1.4 本文研究的工程背景  14-15
  1.5 本文研究的主要内容  15-16
第2章 空间大跨结构施工阶段的力学计算理论和分析方法  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 时变结构力学  16-18
  2.3 时变力学理论基础  18-20
    2.3.1 线弹性时变力学  18-19
    2.3.2 非线性时变力学  19
    2.3.3 时变动力学  19-20
  2.4 施工过程中刚性结构系统的计算方法  20-21
  2.5 结构大位移非线性有限元理论  21-27
    2.5.1 空间杆系结构线性分析方法  21-23
    2.5.2 空间梁单元线性刚度矩阵  23-25
    2.5.3 结构总刚度矩阵  25-26
    2.5.4 边界条件及其处理方法  26-27
  2.6 结构体系转换过程的计算模型  27-28
    2.6.1 单柱支承的简化模型  27
    2.6.2 联体柱支承的简化模型  27
    2.6.3 空间结构支承的简化模型  27-28
第3章 等效简化多跨钢结构卸载研究  28-40
  3.1 引言  28-29
    3.1.1 大跨钢结构施工方法选择  28
    3.1.2 卸载阶段施工的方法选择  28-29
  3.2 卸载过程的ANSYS实现  29-40
    3.2.1 双铰梁和多跨梁模拟卸载过程  29-30
    3.2.2 临时支撑模拟实现方法  30-31
    3.2.3 多跨梁施工计算参数  31-32
    3.2.4 多跨梁施工计算结果与分析  32-40
第4章 空间钢结构卸载研究  40-58
  4.1 引言  40
  4.2 网架结构的卸载分析  40-43
  4.3 不同卸载方式的卸载过程分析  43-56
    4.3.1 同比例位移下降卸载  43-46
    4.3.2 同位移下降卸载  46-49
    4.3.3 循环卸载  49-53
    4.3.4 分区域卸载  53-56
  4.4 本章小结  56-58
第5章 实际算例卸载研究  58-70
  5.1 引言  58
  5.2 体育场ANSYS计算模型  58-59
  5.3 实际工程中的卸载方法选择  59-60
  5.4 各卸载方法数据分析  60-65
    5.4.1 实际工程卸载(按同位移卸载下的内力变化)  60-62
    5.4.2 分区卸载下的内力变化  62-63
    5.4.3 分区同位移混合卸载法  63-65
  5.5 临时支撑胎架性能研究  65-69
    5.5.1 特征值屈曲分析  66-68
    5.5.2 附加缺陷屈曲分析  68-69
  5.6 本章小结  69-70
第6章 总结与展望  70-72
  6.1 总结  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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