大跨度异型钢桁架安装过程试验研究与数值分析

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大型空间结构建造过程中施工技术是至关重要的,方案选择不合理会对结构造成过大的初始应力损伤,进而对结构产生严重安全隐患,因此,选择合理施工方案和科学分析才能保证结构的安全。本文以甘肃会展中心建筑群项目钢结构安装为背景,通过对大跨度异型钢桁架安装过程中各杆件的数值分析和试验研究,总结出钢桁架在施工过程中的杆件应力及位移分布规律,保证了安装过程的安全,避免了过大的初始应力损伤,实现了联机控制安装过程,主要研究内容如下:1)综合评述了大跨度异型钢结构的应用和发展情况,回顾了国内外对空间结构施工过程监测和理论分析的研究现状,总结了以往研究所取得的积极成果以及存在的不足;2)应用ANSYS非线性分析功能,建立了钢桁架三维有限单元模型,计算了其吊点数量分别为2、4、6、8、10、12六种方案的杆件应力、位移分布规律,最终优化评定出最合理的8吊点吊装方案;模拟分析了支座安装时钢桁架的应力、位移分布规律,用以控制施工的初始应力损伤情况;3)现场实测在吊装阶段和临时固定阶段两榀钢桁架主要受力杆件上弦杆、腹杆、下弦杆应力值,并将结果实时传输给联机控制软件(由毕文萍同学编写),以控制杆件应力的最大值;4)最后,将钢桁架施工前的数值计算优化结果与施工时的现场试验实测值进行对比分析,得到钢桁架在吊装阶段和临时固定阶段各杆件应力分布曲线,总结应力分布规律,对今后类似钢桁架施工及设计工作提出了建议。
摘要第6-7页
Abstract第7-8页
第一章 绪论第9-19页
    1.1 大跨度结构的应用及发展状况第9-13页
        1.1.1 国外大跨度结构的应用及发展第9-10页
        1.1.2 国内大跨度结构的应用及发展第10页
        1.1.3 钢管结构的发展及其应用第10-13页
    1.2 研究的目的和意义第13-14页
        1.2.1 大跨度钢桁架吊装过程模拟分析的意义第13-14页
        1.2.2 主要研究目的第14页
    1.3 国内外研究现状第14-16页
        1.3.1 空间结构施工过程监测和施工分析理论研究现状第14-16页
        1.3.2 大跨度空间结构施工分析软件的开发第16页
    1.4 研究的主要内容第16-19页
        1.4.1 课题来源第16页
        1.4.2 课题研究内容第16-17页
        1.4.3 本文研究内容第17-19页
第二章 大跨度异型钢桁架安装过程数值分析第19-46页
    2.1 工程概况与结构形式第19-22页
        2.1.1 工程概况第19-22页
    2.2 有限单元法基本原理第22-23页
        2.2.1 有限单元法概述第22-23页
        2.2.2 结构静力分析简介第23页
    2.3 有限单元法的模拟第23-25页
        2.3.1 单元形式的选择第23-24页
        2.3.2 计算模型第24页
        2.3.3 非线性分析方法第24-25页
    2.4 ANSYS 的计算分析第25-31页
        2.4.1 ANSYS 有限元分析软件介绍第25-26页
        2.4.2 ANSYS 有限元分析的一般步骤第26页
        2.4.3 钢桁架模型的建立及单元的选取、划分第26-31页
    2.5 数值模拟计算结果第31-46页
        2.5.1 吊点布置原则第31页
        2.5.2 常用吊点布置方法第31-32页
        2.5.3 吊装阶段单元应力分布第32-36页
        2.5.4 吊装阶段结构变形分布第36-40页
        2.5.5 吊装方案优化确定第40-42页
        2.5.6 临时固定阶段结构应力、变形分布第42-46页
第三章 大跨度异型钢桁架安装过程试验研究第46-58页
    3.1 应力应变监测的目的第46页
    3.2 试验方案第46-50页
        3.2.1 试验仪器介绍第46-47页
        3.2.2 监测点的布置第47-48页
        3.2.3 试验应变片布置说明第48-49页
        3.2.4 加载制度及测试参数第49-50页
    3.3 试验过程简介第50-52页
        3.3.1 应变片的粘贴第50页
        3.3.2 接线、仪器调平以及数据采集第50-52页
    3.4 试验结果与分析第52-58页
        3.4.1 吊装阶段试验结果与分析第52-56页
        3.4.2 临时固定阶段试验结果与分析第56-58页
第四章 试验结果与数值分析结果的对比分析第58-63页
    4.1 杆件应力的对比分析第58-63页
        4.1.1 吊装阶段杆件应力对比第59-60页
        4.1.2 临时固定阶段杆件应力对比第60-62页
        4.1.3 结论第62-63页
第五章 结论与展望第63-67页
    5.1 结论第63-64页
    5.2 设计与施工建议第64-65页
    5.3 后续工作展望第65-67页
参考文献第67-70页
致谢第70-71页
攻读硕士学位期间发表的学术论文第71页
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