【正文】 在鋼結(jié)構(gòu)安裝完成且焊接完畢后，監(jiān)測點的位移為20mm~30mm，結(jié)構(gòu)位形與設(shè)計位形較為吻合，變形預(yù)調(diào)效果良好。將對A1地塊懸挑鋼結(jié)構(gòu)在臨時支撐拆除過程中、拆除后的位移變形進行監(jiān)測。如在臨時支撐卸除階段或大跨梁安裝階段，將測量頻率提升到每天測試一次，及時了解構(gòu)件的內(nèi)力變化情況。在施工中，現(xiàn)場總計共布置32支振弦式應(yīng)力傳感器，具體布置方案如下：各監(jiān)測點及臨時支撐位置如下圖所示：①根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性，在L00層商業(yè)結(jié)構(gòu)斜柱柱腳布置振弦式應(yīng)變傳感器。施工操作中，當(dāng)應(yīng)變計安裝完畢后時，應(yīng)變計的保護管會隨待測構(gòu)件的變形而變形，保護管中鋼弦的拉力隨之發(fā)生變化。可以適應(yīng)在各種不同的環(huán)境下長期監(jiān)測結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變變化。 懸挑結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測為了確保結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中的安全性能，更為結(jié)構(gòu)的安全評估、壽命評估提供有效的依據(jù)，需要對結(jié)構(gòu)進行施工過程的監(jiān)測。然后，通過MIDAS/Gen計算選定節(jié)點的應(yīng)力或應(yīng)變值。鋼柱的預(yù)調(diào)通過控制柱頂標(biāo)高來實現(xiàn)，鋼梁的標(biāo)高通過控制相連鋼柱的牛腿標(biāo)高或控制梁頂標(biāo)高來實現(xiàn)。以懸挑區(qū)域LO3層頂部分構(gòu)件變形預(yù)調(diào)為例進行介紹。不同的結(jié)構(gòu)類別、不同的施工順序都會對構(gòu)件的安裝預(yù)調(diào)值的產(chǎn)生影響，對于豎直規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在重力作用下會產(chǎn)生變形，對于大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建筑，這類變形效果更加明顯。整個卸除過程得到了有限元軟件的驗證，是可行的。可以考慮118號支撐同時卸除，118號支撐卸除完畢后，在施工階段荷載組合作用下，剩余支撐的應(yīng)力比。繼續(xù)卸除7號支撐，7號支撐卸除完畢后，在施工階段荷載組合作用下，剩余支撐的應(yīng)力比。繼續(xù)卸除3號支撐，3號支撐卸除完畢后，在施工階段荷載組合作用下，剩余支撐的應(yīng)力比。因此，采用合理的有限元模擬分析，對臨時支撐卸除過程十分重要的。其中CS5~CS6階段、CS9S~CS10階段即為結(jié)構(gòu)臨時支撐拆卸階段，數(shù)值增長率最大。具體位置及仿真位移監(jiān)測點編號。LO8層安裝完畢、臨時支撐完全拆除后，在施工階段荷載組合作用下，位于懸挑邊緣的梁上起柱?，F(xiàn)將北辰三角洲A1地塊懸挑區(qū)域施工過程模擬分析為CS1~CS10，共十個階段：CS1階段：2節(jié)鋼柱對接安裝；CS2階段：其它節(jié)鋼柱對接安裝；CS3階段：L01層構(gòu)件安裝；CS4階段：L02層構(gòu)件安裝；CS5階段：L03層構(gòu)件安裝；CS6階段：L04層構(gòu)件安裝，1119號支撐卸除；CS7階段：L05層構(gòu)件安裝；CS8階段：L06層構(gòu)件安裝；CS9階段：L07層構(gòu)件安裝；CS10階段：L08層構(gòu)件安裝，卸除剩余13個支撐。為了更加真實地模擬施工階段結(jié)構(gòu)體系的受力及變形情況，除了準(zhǔn)確合理地設(shè)定結(jié)構(gòu)的節(jié)點、單元和邊界條件，更要重點考慮以下幾個方面:①結(jié)構(gòu)組的劃分：根據(jù)不同類型定義出不同的結(jié)構(gòu)組。根據(jù)建筑、結(jié)構(gòu)圖，選擇結(jié)構(gòu)的材料、截面，再布置節(jié)點、單元。再針對每個施工階段建立獨立的有限元模型，然后施加每個階段對應(yīng)的荷載及邊界條件對結(jié)構(gòu)進行求解，由施工階段1直到施工階段n，即工程達到竣工狀態(tài)?！八馈眴卧摹捌啤弊饔貌灰卓刂?，處理不好會導(dǎo)致單元“激活”時的剛度矩陣發(fā)生錯誤，使結(jié)構(gòu)處于一種“畸變”的形態(tài)，這將與現(xiàn)實情況存在較大的差距，最終往往求解失敗。此時“死單元”的質(zhì)量、荷載及其他相關(guān)特性都將接近于零，雖然它仍出現(xiàn)在單元列表上，但它在力學(xué)性質(zhì)上是處于一種“死”狀態(tài)，這種“死單元”對結(jié)構(gòu)整體剛度的影響非常的小。生死單元法[46，47]通過控制結(jié)構(gòu)單元的“生”和“死”來模擬實際施工階段構(gòu)件的狀態(tài)變化，通常用“活單元”和“死單元”來表示。在每個不同的施工階段，都會伴隨著結(jié)構(gòu)形式的變化。②鋼柱的吊裝鋼柱拼接完成后，先仔細統(tǒng)計各鋼柱質(zhì)量以確定選用何種類型的機械，使用履帶吊進行跨外吊裝。綜合考慮機械、人員配置以及各方面因素，決定將斜柱分段運送，并在現(xiàn)場拼裝完畢后，再利用起重機進行吊裝。為確保施工安全，梁上起柱處大跨梁下方需設(shè)置臨時支撐，圖中圓圈位置即表示梁下支撐位置。在施工中使用支撐，可以有效地提高結(jié)構(gòu)體系在成型之前的受力性能；降低大跨梁、大懸挑結(jié)構(gòu)的撓度，便于施工階段的安裝。第八，從結(jié)構(gòu)已完成的狀態(tài)開始，重新推演結(jié)構(gòu)變形過程，確定下一階段的控制目標(biāo)，采取合適的技術(shù)進行施工控制，如此循環(huán)直至施工結(jié)束?，F(xiàn)將北辰三角洲A1地塊懸挑區(qū)域施工控制技術(shù)路線敘述如下：首先，依據(jù)設(shè)計圖紙和相關(guān)規(guī)范確定施工控制的總體控制目標(biāo)。2 北辰三角洲A1地塊懸挑結(jié)構(gòu)施工仿真本章節(jié)是以長沙北辰三角洲A1地塊項目懸挑區(qū)鋼結(jié)構(gòu)施工為例，采用MIDAS/Gen軟件對其鋼結(jié)構(gòu)施工全過程進行仿真分析，為工程施工方案的制定以及實時監(jiān)測提供可靠依據(jù)。仿真分析階段要仔細考慮結(jié)構(gòu)自重及施工荷載的影響。本文針對這部分A1地塊項目懸挑區(qū)域，進行施工全過程仿真分析與施工監(jiān)測，有如下的研究內(nèi)容:（1）復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法分析復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工方法很多，對于不同形式、類別的結(jié)構(gòu)，所選用的安裝方法也是不同的。，深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院游泳館的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工就是先在地面上將桿件焊接成屋蓋梁，再采用整體吊裝法將其吊裝到設(shè)計位置處進行連接安裝。高空滑移法的操作大部分是在高空中移動安裝構(gòu)件，且諸多設(shè)備布置于建筑結(jié)構(gòu)的四周，施工階段受建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部作業(yè)的影響非常小。因此，在結(jié)構(gòu)施工之前，需要依據(jù)施工現(xiàn)場的實地條件制定多種施工安裝方案，并對臨時支架結(jié)構(gòu)進行強度、穩(wěn)定及變形驗算，使其均能滿足規(guī)范要求。 高空散裝法高空散裝法[38，39] 指的是將建筑結(jié)構(gòu)的散拼構(gòu)件運送至設(shè)計位置，并總拼成一個整體的施工方法。在大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)中，業(yè)界都還缺少系統(tǒng)的理論體系研究和較大規(guī)模的應(yīng)用實例，目前已應(yīng)用的技術(shù)絕大多數(shù)都是直接監(jiān)測工程中特定構(gòu)件的靜態(tài)工作狀態(tài)。采用此項技術(shù)，可以大幅度提升工程施工進度，并提高工程施工過程的安全性和構(gòu)件安裝精度，為施工監(jiān)測技術(shù)提供了良好的借鑒[23]。國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究范圍中，針對懸挑區(qū)的結(jié)構(gòu)仿真分析及施工監(jiān)測的研究尚不多見。他們的這些有益的探索，表明了有限元仿真分析在不同結(jié)構(gòu)類型的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程施工中的普遍應(yīng)用性。伴隨著計算機的廣泛應(yīng)用、有限元分析理論的不斷完善，施工模擬仿真分析應(yīng)運而生。據(jù)資料記載，全球近120起具有代表性的鋼結(jié)構(gòu)事故，共有59起事故發(fā)生在制作或安裝階段，%[2]。采用大型空間鋼結(jié)構(gòu)體系，可以實現(xiàn)大跨度乃至超大跨度建筑。在工程的施工階段采用有限元仿真分析和施工監(jiān)測的方法，為類似懸挑鋼結(jié)構(gòu)工程施工仿真分析提供了借鑒。施工階段分析理論尚不完善，結(jié)構(gòu)在施工階段的安全性不易保障，通過施工過程仿真分析與施工監(jiān)測研究復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工問題，有著重要的理論意義和工程實用價值。. . . .. .分類號： TU745 密 級： 公開 UDC： 學(xué)校代碼： 10127 碩士學(xué)位論文論文題目： 復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測及過程仿真分析英文題目：Construction Monitoring and SimulationAnalysis of Complex Steel Structure 學(xué)位類別： 碩士研究生姓名： 馬小晶 學(xué)號: 201102444學(xué)科(領(lǐng)域)名稱： 建筑與土木工程指導(dǎo)教師： 薛剛 職稱： 教授 協(xié)助指導(dǎo)教師： 職稱：2013年6月6日獨　創(chuàng)　性　說　明本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得研究成果。長沙北辰三角洲A1地塊商業(yè)區(qū)為帶懸挑區(qū)域的空間鋼框架結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)；仿真分析；支撐卸除；變形預(yù)調(diào)；施工監(jiān)測AbstractIn recent years, with the continuous development of construction industry, large plex steel structure has been widely used in China. At the same time, the low security is also followed during the construction process, resulting that the loads between design stage and construction stage are such different. And what’s more, the construction stage analysis theory is not perfect。這類建筑造型新穎奇特、規(guī)模龐大，成為地域性的標(biāo)志建筑，會給國家及社會帶來很高的經(jīng)濟效益和社會效益。從中可知結(jié)構(gòu)在施工階段到使用階段直到老化階段的全過程中，工程施工階段因結(jié)構(gòu)具有不完整性、施工荷載的復(fù)雜性、物理特性的時變性、偶然突發(fā)事件多等一系列特點，使得結(jié)構(gòu)在這個階段的具有很高的風(fēng)險率。它是復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域最為前沿的研究熱點，也是鋼結(jié)構(gòu)施工體系將來要著重發(fā)展的方向。國內(nèi)的學(xué)者結(jié)合大型工程項目，對選取合理的技術(shù)方法對結(jié)構(gòu)的施工階段進行仿真分析進行研究。本文將以此開展研究，分析此類工程的應(yīng)力及變形特點，可以為工程實踐提供良好的借鑒。上世紀(jì)80年代末，美國在數(shù)座橋梁上布置監(jiān)測設(shè)備，通過環(huán)境荷載、局部應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果，并與設(shè)計結(jié)果進行比對分析，可以實時監(jiān)視工程的施工質(zhì)量和評定橋梁使用年限內(nèi)安全狀態(tài)。高世峰等[28]在浙江美術(shù)館的施工過程中，采用振弦式應(yīng)變計對施工過程進行了應(yīng)力監(jiān)測，并通過傳感設(shè)備獲取施工階段的應(yīng)力應(yīng)變特性；浙江大學(xué)的羅堯治教授等[29]采用了先進的光纖光柵技術(shù)實施應(yīng)用于施工過程的監(jiān)測；夏峰林、高博青等[30]采用振弦式傳感器進行應(yīng)力監(jiān)測，在杭州大劇院鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工過程中得到了運用；同濟大學(xué)的張慎偉、張其林等人[14]采用EM型傳感器對中國航海博物館施工階段中鋼索應(yīng)力進行了監(jiān)測；東南大學(xué)[31]在南京國際展覽中心鋼屋蓋的鋼拱架（單重達120T）吊裝過程，采用DH5932動態(tài)應(yīng)變儀進行了實時監(jiān)測；彭明祥和張棍等人[32~34]對CCTV主樓的合攏施工階段進行了應(yīng)力和應(yīng)變等多項監(jiān)測，確保了其施工的安全性；在廣州國際會議展覽中心 [35]施工中通過利用各類先進測量儀器對張弦桁架的施工進行了變形監(jiān)測；在北京奧運會主體育場館“鳥巢”的施工過程中，曾志斌和張玉玲等人 [36，37]采用應(yīng)力應(yīng)變和溫度監(jiān)測系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的卸載階段進行了全過程監(jiān)測，既體現(xiàn)“科技奧運”的主旨，也保證了整個奧運會階段的監(jiān)測任務(wù)的圓滿完成，在業(yè)界產(chǎn)生了深遠的影響。該方法又可以分為全支架法和懸挑法。再對各種施工方案進行數(shù)值模擬分析，以確定安全可行、快速便捷、經(jīng)濟環(huán)保且使結(jié)構(gòu)最終的內(nèi)力與變形狀態(tài)最為合理的方案。滑移下部的施工平臺可同時進行其它結(jié)構(gòu)的施工，從而實現(xiàn)空間范圍內(nèi)的平行施工，可以大幅度節(jié)約工期。 深圳信息學(xué)院游泳館屋蓋梁實際施工圖 折疊展開安裝法折疊展開安裝法[45]廣泛應(yīng)用于網(wǎng)殼等大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工，其基本方法是將網(wǎng)殼體系中的某些特定桿件拆掉，使結(jié)構(gòu)由原先的靜定體系變成一個可變體系。通過查閱有關(guān)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的書籍，結(jié)合實際工程，對常用的和不常用安裝方法進行概括和總結(jié)，并對各個方案的特點和適用范圍進行歸納。每一個施工步驟結(jié)束后，用有限元軟件分析計算結(jié)構(gòu)的位移、支撐點應(yīng)力比。 工程概況北辰三角洲位于湖南省長沙市開福區(qū)，西臨湘江，北依瀏陽河，東靠芙蓉北路，南抵319國道城區(qū)段。總體控制目標(biāo)是保證建筑功能正常發(fā)揮。 工程施工方案中的關(guān)鍵技術(shù)懸挑區(qū)域的鋼柱最重達44t，超重鋼柱運輸?shù)跹b困難。但臨時支撐的拆除是一個結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布的過程，施工中應(yīng)采取必要的方法、手段以保證臨時支撐卸除階段結(jié)構(gòu)整體的安全性。其中3個支撐點位于L04層（1116號點），2個支撐點位于L05層（118號點），剩余13個支撐點均位于L03層頂以下。①鋼柱的拼裝由于現(xiàn)場場地限制，現(xiàn)場使用馬凳作為臨時拼裝平臺。由于鋼柱的成型狀態(tài)有一定的傾斜角度，因此鋼柱的吊點也區(qū)別于普通鋼柱。在結(jié)構(gòu)體系竣工之前，結(jié)構(gòu)會暫時處于該施工階段下的短暫平衡。其中，“死單元”是指在當(dāng)前階段尚未安裝或?qū)χ黧w結(jié)構(gòu)受力無影響的構(gòu)件，“活單元”是指已經(jīng)在當(dāng)前階段安裝完畢的構(gòu)件。一個單元被“激活”的含義，也并非是在模型中直接增添新的單元，而是重新激活單元列表上存在的但在前面階段被“殺死”的單元，即解除其單元“生死”系數(shù)K以達到恢復(fù)其剛度、質(zhì)量特性的目的。（2）逐步建模分析法逐步建模分析法[48]基本思想為，先制定施工方法及順序，接著依照不同的施工階段計算結(jié)構(gòu)單元的剛度矩陣并施加相應(yīng)階段的荷載。這樣的方法可以有效地模擬仿真施工全過程，可以良好地控制結(jié)構(gòu)的竣工形態(tài)。②將結(jié)構(gòu)模型中的各個構(gòu)件利用特定的邊界條件進行約束?？梢砸勒詹煌淖匀唤Y(jié)構(gòu)層劃分出不同的結(jié)構(gòu)組；可以依照不同的材料劃分；可以依照不同的截面尺寸或構(gòu)件長度進行劃分；可以對受力及變形監(jiān)測點進行劃分。懸挑區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢。 CS10階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力值對于施工過程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形，與分析結(jié)構(gòu)體系的最大應(yīng)力值的方法類似。 （a）L00層頂位移仿真監(jiān)測點 （b）L01層頂位移仿真監(jiān)測點（c）L02層頂位移仿真監(jiān)測點 （d）L03層頂位移仿真監(jiān)測點在有限元軟件MIDAS/Gen中可依照不同的施工階段，計算得到指點節(jié)點的位移值。可知結(jié)構(gòu)體系在臨時支撐的卸除期間應(yīng)力變化較快、位移值較大，該階段需要重點監(jiān)測。L04層安裝完后，根據(jù)要求，大跨梁下1113號（）支撐可以逐步拆除，應(yīng)優(yōu)先卸除應(yīng)力比最大的支撐。 3號支撐卸除完成后支撐應(yīng)力圖3號支撐卸除完畢后。 7號支撐卸除完成后支撐應(yīng)力圖7號