復雜結構施工力學及施工控制研究.pdf

1、復雜結構是指受力復雜、施工工期長、施工過程復雜、并且施工過程對結構最終的內(nèi)力和變形有很大影響的結構，主要包括高層、超高層結構和大跨結構等。隨著建筑技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展，各類工程建設項目規(guī)模日益擴大，因此其施工規(guī)模、施工工期及施工的復雜程度也不斷增大，這些復雜結構在施工中的事故不斷增多，其中由于設計中未考慮施工過程中諸多因素對結構最終內(nèi)力和變形影響的原因占有相當?shù)谋壤Ｒ虼?，有必要研究復雜結構施工期間的力學行為，保證結構施工期間的安全可靠

2、，同時根據(jù)現(xiàn)場反饋信息對施工進行控制，使通過施工形成的結構達到設計要求。本文對復雜結構施工力學和施工控制進行了研究，主要研究內(nèi)容和成果如下： 對施工模擬計算中如何考慮幾何模型時變性的影響進行了研究。提出了改進的力矩分配法和改進的分層計算法，使兩種方法能夠考慮施工過程中幾何模型時變性的影響，對框架結構進行時變力學分析。對采用分段懸臂施工方法施工的大跨結構，推導了三種施工支模方法的結構內(nèi)力和變形的遞推公式，可以進行各種型式的分段懸臂

3、施工大跨結構的時變力學分析。對于其它類型的復雜結構采用有限元軟件ANSYS進行考慮幾何模型時變性影響的時變力學分析。 對復雜結構中高層、超高層結構施工期間臨時受力體系的計算方法及受力性能進行了研究。基于有限元方法，提出了7個基本結構，發(fā)展了臨時受力體系中豎向荷載在支撐和混凝土構件間傳遞計算的近似方法，可以方便地進行三種支模方案3S、2S1R、2S的計算。分析了混凝土齡期、樓板厚度、柱距、基礎剛度、支撐剛度、板邊界條件、施工方案、

4、晝夜溫差等因素對臨時受力體系中豎向荷載傳遞的影響，得出支撐剛度、基礎剛度和晝夜溫差對豎向荷載傳遞有較大影響。提出了齡期調(diào)整荷載效應概念S′，可以方便地進行各種支模方案的比較與設計。 研究了混凝土收縮徐變對結構性能的影響。采用APDL語言對有限元軟件ANSYS進行了二次開發(fā)，基于按齡期調(diào)整的有效模量法編寫了收縮徐變分析模塊，可以在施工模擬計算中考慮混凝土收縮徐變的影響，通過算例驗證了該分析模塊的可行性和正確性，并分析了施工期間混凝

5、土收縮徐變對復雜結構內(nèi)力和變形的影響。 對施工控制中參數(shù)識別方法進行了研究。針對施工控制中非線性系統(tǒng)參數(shù)的識別，提出了一種最小二乘法非線性識別方法，根據(jù)施工控制計算數(shù)據(jù)和前次識別值對線性變換矩陣Ф進行修正，然后迭代識別，識別精度可得到較大提高。將遞推最小二乘法應用到結構構件剛度的識別中，可以根據(jù)后測數(shù)據(jù)對已經(jīng)識別的參數(shù)進行修正，實現(xiàn)實時識別。研究卡爾曼濾波法在參數(shù)識別中的應用，對非線性的處理采用帶局部迭代的卡爾曼濾波法。

6、 對施工控制中狀態(tài)預測方法進行了研究。研究卡爾曼濾波法在狀態(tài)預測中的應用，能得到結構狀態(tài)的下一步預測值，對施工進行調(diào)整、控制和預警。使用灰色系統(tǒng)理論GM(1，1)模型對結構狀態(tài)進行預測，研究了建立原始建模序列方法和建模數(shù)據(jù)多少對預測精度的影響。提出了遞推最小二乘法和灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型組合模型的結構狀態(tài)預測方法，根據(jù)新信息采用遞推最小二乘法對灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型的參數(shù)a、b進行修正，再用修正后的灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型進行

7、預測，可以不重復建立灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型又能夠考慮新信息的影響，預測精度較高，并實現(xiàn)實時預測。 使用UIDL、APDL語言對有限元軟件ANSYS進行了二次開發(fā)，在主界面中添加了施工控制子菜單，將上述施工力學和施工控制中的各計算部分都集合在一個平臺上，包括：建模、模擬計算、結果顯示、參數(shù)識別和狀態(tài)預測，完成整個施工過程的計算與控制，實現(xiàn)復雜結構施工控制的可視化。 對一幢高層建筑進行了施工前支模計算和施工模擬計算，并進

8、行了現(xiàn)場監(jiān)測。確定四層支模方案優(yōu)于三層支模方案，能夠保證結構施工期間的安全。比較分析了一次加載計算和施工模擬計算結果，有些構件一次加載計算結果偏小，是不安全的。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結果，采用最小二乘法對混凝土容重進行了識別，使參數(shù)識別后柱軸力計算值與實測值之間誤差減小，對后續(xù)施工節(jié)段的預測較好，能夠用于指導施工并進行預警。采用遞推最小二乘法和灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型組合模型的結構狀態(tài)預測方法對柱軸力增量進行了預測，預測值與實測值吻合較好，能夠