復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工力學(xué)及施工控制研究.pdf

1、復(fù)雜結(jié)構(gòu)是指受力復(fù)雜、施工工期長、施工過程復(fù)雜、并且施工過程對結(jié)構(gòu)最終的內(nèi)力和變形有很大影響的結(jié)構(gòu)，主要包括高層、超高層結(jié)構(gòu)和大跨結(jié)構(gòu)等。隨著建筑技術(shù)和國民經(jīng)濟的發(fā)展，各類工程建設(shè)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(fù)雜程度也不斷增大，這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)在施工中的事故不斷增多，其中由于設(shè)計中未考慮施工過程中諸多因素對結(jié)構(gòu)最終內(nèi)力和變形影響的原因占有相當?shù)谋壤?。因此，有必要研究?fù)雜結(jié)構(gòu)施工期間的力學(xué)行為，保證結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)達到設(shè)計要求。本文對復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工力學(xué)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(jié)構(gòu)進行時變力學(xué)分析。對采用分段懸臂施工方法施工的大跨結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了三種施工支模方法的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的時變力學(xué)分析。對于其它類型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(xué)分析。 對復(fù)雜結(jié)構(gòu)中高層、超高層結(jié)構(gòu)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?；谟邢拊椒?，提出了7個基本結(jié)構(gòu)，發(fā)展了臨時受力體系中豎向荷載在支撐和混凝土構(gòu)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(chǔ)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(chǔ)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(yīng)概念S′，可以方便地進行各種支模方案的比較與設(shè)計。 研究了混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)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(fù)雜結(jié)構(gòu)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(yīng)用到結(jié)構(gòu)構(gòu)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(yīng)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(yù)測方法進行了研究。研究卡爾曼濾波法在狀態(tài)預(yù)測中的應(yīng)用，能得到結(jié)構(gòu)狀態(tài)的下一步預(yù)測值，對施工進行調(diào)整、控制和預(yù)警。使用灰色系統(tǒng)理論GM(1，1)模型對結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行預(yù)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(yù)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(jié)構(gòu)狀態(tài)預(yù)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(yù)測，可以不重復(fù)建立灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型又能夠考慮新信息的影響，預(yù)測精度較高，并實現(xiàn)實時預(yù)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(xué)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(jié)果顯示、參數(shù)識別和狀態(tài)預(yù)測，完成整個施工過程的計算與控制，實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)果，有些構(gòu)件一次加載計算結(jié)果偏小，是不安全的。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)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(yù)測較好，能夠用于指導(dǎo)施工并進行預(yù)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(jié)構(gòu)狀態(tài)預(yù)測方法對柱軸力增量進行了預(yù)測，預(yù)測值與實測值吻合較好，能夠