大跨度复杂钢结构施工过程中的技术问题研究

马　欣

大地工程开发（集团）有限公司天津分公司　天津　300000

摘　要：近年来，随着人们对建筑的要求越来越高，大跨度复杂钢结构的应用也越来越多，然而，相关问题也相续出现。如果对大跨度复杂钢结构不了解的话，将会导致相关技术问题和质量问题的出现，使结构产生不稳定的因素。

关键词：大跨度复杂钢结构；施工过程；技术问题；研究

中图分类号：TU391 文献标识码：A

一、大跨度钢结构的稳定性分析

大跨度复杂钢结构当中，吊装点是否合理选用，将会完全影响到结构的整体稳定性。在吊点的吊装方案设计当中，吊装一个简支梁时是设计标高和吊装柱两端连接，在自重作用下，使吊起后的简支梁的两端轴向变形较小或者两端变形量相同，才能使机械吊装准确的找准位置进行安装。由此可知、大跨度复杂钢结构的吊装需要满足以下几个要求；①吊装构件的两端轴向变形无限趋近于零。②吊件的变形和各个力矩的数值比较小，并且均匀分布。③吊装结构所产生的变形需保证可以顺利安装。吊装过程当中，不合理的对桁架结构进行验算，将会导致桁架的部分或者整体失稳，吊点个数越多控制桁架的整体就越安全。由于桁架的吊装平面体系当中，各个数据的计算比较困难，所以，可以对桁架进行模拟分析。使用ANSYS软件进行建模分析计算。判断吊装方案是否满足要求，满足受荷载影响构件的稳定性。

二、滑轮体系分析

由于复杂钢结构构件在吊装的过程当中采用滑动进行，所以需要设置滑轮。它不仅可以是吊装时内力受到限制，还可以按照调准方案进行调试，将其方向位置以及个别倾角的配置进行调整。此过程分析当中是结合吊装构件的结构、缆索、和滑轮体系，并将其整体视为一个研究体系，进行分析求解，受到各种因素的影响，研究比较复杂，需要进行有限元分析，满足各个构件的内力平衡。如冷冻升温结构分份研究模型，可以准确定位和分析。其分析也比较复杂。涉及弹性力学、塑性变形、刚体运动学、组合运动学、滑轮力学等，由一个不平衡体系缓缓过渡到稳定平衡状态。

三、支撑体系分析

在大跨度复杂钢结构的安装过程中，受到相关因素影响，需要设置临时支撑柱对结构整体进行均衡。然而、采用支撑体系后，不仅改变了吊装构件的方向和受力点、也改变了构件的临时支撑点的受力范围，该过程可能导致在拆除支撑系统之后整体发生倾覆，或构件发生破坏。一般采用分段拼接、高空成型、高空拼接等施工方法进行施工，它可以使主体结构的内力和变形较小，整体安全性调高。

四、拆除支撑过程分析

在支撑完成之后，为不影响整体结构的外观和不必要的材料损失，需要对拆除支撑体系。在拆除过程中，需要考虑支撑的整体结构和着力点，及时预测和模拟整个结构，合理采用拆除方法进行拆除，将构件所受荷载安稳的转移到设计支撑体系完成安装。在此过程中，可以使用千斤顶进行卸载模拟，鉴于千斤顶的受力分析，需满足轴向变形小，支撑结构和主体结构的弯矩小，满足可滑移、和脱落。也可进行临时支撑和主体构件之间接触- 脱离模拟，随着千斤顶的卸载下落，荷载逐渐向主体支撑体系转移，主体结构也将发生变形，并逐渐增大，已脱离的支撑体系还有可能再次和构件想接触、直到主体构件不在发生变形为止，期间也有可能产生错位运动或者构件受弯矩力作用后轴向滑移，给模拟增加很多困难。由于临时支撑体系随着千斤顶的卸载其承受荷载也在减小，发生回弹。在临时支撑体系回弹量和位移量的分析时，可以知道，控制千斤顶的下奖励和主体结构产生的位移量都不相同，变形量也不相同。变形量的大小对其内力影响需要考虑。在施工中需要准确计算变形量、加工尺寸、位移量、荷载大小、和其他相关尺寸。

五、柔性结构成型分析

大跨度复杂钢结构的柔性结构是拉索、撑杆等组合承载体系，可以完成刚度、柔性、拓扑、外形等组合结构。如索穹项的结构体系，由脊索、环索、斜索、撑杆等构成，构件系统的内力相互影响且和张拉过程有着相当紧密的联系，张拉顺序、应力大小、几何形状都可以改变其内力。在柔性结构体系的分析方案当中，一般有支座位移分析法、力密度分析法、动力松弛分析法等。其中，支座位移分析是知道结构构件的初始曲面后，采用支座位移量算出预应力分布状况。力密度分析法是通过杆件所受内力和杆件的长度列出平衡方程式进行求解。动力松弛分析法是将初始曲面划分成若干过小单元，在各点上完成平衡点振动，并受到阻尼运动的影响到达各内力平衡，然后分析求解。在钢结构的张拉技术过程分析上，还可以拟定张拉程序中的正、逆顺序进行讨论分析，求得拉索的应力，也可正逆混合求解。

六、温度变化分析

环境温度的变化相关重要，不仅仅在设计、施工中需要注意，在构件成型当中也要注意。由于结构安装的时间周期比较长，温度变化将致使构件发生变形或其他设置偏差，最终导致各个构件安装不上，或者强安装产生的应力对构件进行破坏。其温度的主要产生于光照、换季温差、人为热源烘烤等。在施工过程当中，必须对各种温度条件进行分析和评测。

七、节点应力分析

在复杂钢结构的应用当中，刚强度钢板的使用是屡见不鲜，然而在完成此类构件的组合当中必须采用多种方法进行连接。其中，焊接是最常用的技术之一。由于采用钢材厚度一般大于80mm，所以组合该构件所采用焊接工艺对其结构稳定性和延性产生巨大影响。焊接时，若受到温度变化不均与时，其高温区将引起膨胀，若受到周边钢材限制将会生成塑性变形，冷却后将产生结构复杂的残余应变。参照钢结构性能的屈服强度，当构件达到其强度时，将会产生不可逆转的塑性变形，对构件产生不利影响。此过程可以通过ANSYS 模型进行有限元分析研究，结合焊接工艺进行评估其对钢结构的各个构件的影响。

八、次构件安装分析

在大跨度的结构安装过程中，主构件受到影响变形后将和设计中位形产生差异，不能直接进行安装，还需要特定的处理后才能安装，不同的安装顺序也会改变次构件安装的结构和位形，次构件中产生的变形和偏差都需要进行模型分析和评估。

九、复杂结构施工技术的发展

随着时间的发展，传统的相关技术逐渐被新兴技术所取代，犹如提升施工技术、整体滑移、组合提升等相关技术的应用。不仅使施工变得更简单、安全，还体现出新兴技术的应用，实现技术的创新，对施工的过程和相关原理进行详解。此外、还可以和其他的先进技术进行组合，向智能化迈进。如液压穿心千斤顶和PC的组合，全面的展现出施工中各个细节和参数的变化和动态。当然，采用新技术的同时还要对其进行建模分析，将安全性降到最低。

十、结语

在大跨度复杂钢结构建筑施工当中，不仅仅要熟练掌握技术，还要将其各个环节构件的内力作用动态和工作原理掌握，了解到设计人员的设计要求，在不留下任何安全隐患的情况下完成工程要求。本文只是对大跨度复杂钢结构的施工技术方面进行研究分析，下一阶段笔者将会在在各个构件结构力学方面、施工要素安全分析方面进行分析，供大家参考赏鉴。

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