大跨度雙螺旋單層網(wǎng)殼施工分析優(yōu)化及溫度效應(yīng)研究.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文大跨度大跨度雙螺旋雙螺旋單層網(wǎng)殼施工分析單層網(wǎng)殼施工分析優(yōu)化優(yōu)化及溫度效應(yīng)研究及溫度效應(yīng)研究Researchesonerectionsimulationoptimizationthermaleffectoflargespandoublehelixsinglelayerlatticedshellstructure【申請博士學(xué)位】基金資助：國家自然科學(xué)基金項目(51208355)國家自然科學(xué)基金項目(50778122)學(xué)

2、科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程博士生：趙中偉指導(dǎo)教師：朱涵教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一六年五月中文摘要中文摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)工程的規(guī)模進一步擴大、復(fù)雜程度進一步提高，建成了一批體型復(fù)雜的大跨鋼結(jié)構(gòu)。這些大跨空間結(jié)構(gòu)的幾何位形、材料力學(xué)性能以及邊界等條件等在施工過程中往往存在劇烈的變化，竣工時由荷載引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形均是由各施工步效應(yīng)依次累積而成，竣工時各個構(gòu)件的內(nèi)力分布和變形與實際的施工過程密切相關(guān)。同時施工過程往往是建筑結(jié)構(gòu)生命周期中

3、最危險的階段，據(jù)國家有關(guān)部門的不完全統(tǒng)計，在我國有大約23以上的工程結(jié)構(gòu)倒塌事故發(fā)生在施工期間，原因是未考慮結(jié)構(gòu)施工過程中的復(fù)雜性。由于涉及方面廣，施工力學(xué)的理論研究在很多方面還很不成熟，例如施工過程的數(shù)值模擬理論、腳手架承載力計算理論、施工過程優(yōu)化理論、焊接對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響、施工過程風(fēng)振響應(yīng)分析理論等。此外，太陽輻射引起的不均勻溫度場對結(jié)構(gòu)施工及服役期間力學(xué)性能的影響也是亟待解決的關(guān)鍵問題。單元生死法是目前大跨空間結(jié)構(gòu)普遍采用的施

4、工模擬方法，其原理是將未安裝構(gòu)件的剛度矩陣乘以一個足夠小的因子，將未安裝構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的貢獻減小，以至于可以忽略。但由于采用單元生死法時，被殺死的構(gòu)件并未真的從結(jié)構(gòu)中刪除，這些單元會以“死單元”與“活單元”的公共節(jié)點為邊界而產(chǎn)生位移，也就是所謂的“漂移”。為克服這一弊端，本文在分步建模法概念的基礎(chǔ)上，通過對通用有限元軟件進行二次開發(fā)，提出了可避免死單元“漂移”的施工模擬方法。同時，以實際工程于家堡交通樞紐的施工過程為背景，對整個施工過程進行

5、了施工模擬，系統(tǒng)研究了提升區(qū)在提升過程中的構(gòu)件應(yīng)力變化趨勢，并對其進行了現(xiàn)場監(jiān)測。在提出的施工模擬理論的基礎(chǔ)上，本文對門式腳手架的極限承載力進行了研究。大跨空間結(jié)構(gòu)施工過程中使用的門式腳手架節(jié)點具有復(fù)雜的受力性能。不同模塊之間的連接節(jié)點具有明顯的半剛性特征。本文提出了能夠考慮節(jié)點半剛性的高效數(shù)值模擬算法，并同時考慮了構(gòu)件彎曲缺陷的影響。在此基礎(chǔ)上對門式腳手架體系的極限承載力進行了研究。由于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工的復(fù)雜性，施工過程中往往需要數(shù)十