浅谈大跨度钢结构施工工艺

【摘要】在大跨度钢结构应用领域不断扩大的情况下，人们也明显的在实际施工过程中发现了以下几个方面的问题：大型构件进行吊装过程中的强度、稳定性、刚度有所隐患；永久构件以及临时构件在进行拆撑交替过程中的安全问题。这方面的安全隐患存在，对于大跨度结构的工程来说，造成了较大的安全威胁。本篇文章主要针对大跨度钢结构施工过程中的结构分析方式进行了全面详细的探讨，以期为我国的大跨度钢结构施工发展做出贡献。

【关键词】大跨度结构；施工力学原理；结构分析方法

大跨度钢结构是钢结构体系逐渐发展过程中所形成的一种施工形式，这类型结构施工形式本身能够充分的满足某些大型建筑的需求。就目前来说，大跨度钢结构已经凭借着自身所具有的独特优势，成为了我国应用范围较大的建筑结构类型。而在大跨度钢结构复杂设计的过程中，相应的设计人员本身应当要着重对于设计状态、结构状态、结构施工等多个方面加以重视。下文主要针对大跨度钢结构施工过程中的结构分析方式进行了全面详细的探讨。

一、大跨度钢结构施工的力学原理

针对大跨度钢结构施工所涉及到的过程来说，施工计算、施工分析和结构施工与最终的结构目的实现，和其中的内力目标以及位移间一直程度有着直接联系。除此之外，结构施工方案在进行选择的过程中，务必要将结构本身的设计状态来作为一个核心依据，同时，还应当要针对施工质量进行详细的控制、验算，以此来保证结构施工所具有的安全性。由于大跨度钢结构本身在进行施工的过程中，可以转变成为慢速时变的结构形式，那么时间冻结法在这其中所具有的分析效果也就极为明显。

1、施工力学原理

1.拉格郎日列式

在针对大跨度钢结构施工期间的力学进行分析过程中，拉格朗日列式通常情况下都被用在物体本身的运动状态描述工作上。拉格朗日列式实际上在进行描述的过程中，都是直接将需要进行位移的度量直接作为大型构件固定变形前后所出现的运动唔知点，如此以来，也就将拉格朗日坐标称之为了物质性代表坐标。

2.ANSYS

在针对部分大型的有限元软件加以利用的过程中，其边界条件的对于大型构件所带来的预应力改变的动态施加、增删都能够较为简便的处理。但是对于大型构件本身的预应力动态施加、增删方面的问题，就目前来说，最为有效的解决方式为：通过ANSYS中所存在的死活单元功能来对于计算机本身的功能加以配合，通过该措施，能够开发出具有针对性的大型钢结构施工过程的力学分析方式。ANSYS本身主要是利用若干个拥有激活、杀死功能的单元库构成，其软件本身从本质上来说，属于有限元大型软件。

2、施工力学分析方法

2.1大型构件增加情况

对构件增加情况予以有效归纳是对大跨度钢结构施工过程施工力学分析的必要步骤和首要步骤。针对构件增加情况，有学者做了如下归纳。

备注：水平直线——原始设计位置；粗虚线——施工过程的变形位置；点划线——新增构件；细虚线——已有构件。

（1）若已有构件未与新增构件相连接，则可把节点设计坐标看作新节点坐标。（2）根据已有构件设计长度│KL│和JK延长线方向确定新的节点坐标O，见图1a。（3）若JK代表新增构件，但其没有任何新增节点，则构件长度等同于J、K 节点间变形后的间距，见图1b。（4）JO1/JO2为新增构件，皆根据情况2 确定，其中O1/O2代表同一节点，若JO1/JO2不相互重合，则可根据算术平均原则和O1/O2节点确定新增节点坐标O，见图1c。根据上述四大构件新增情况，可以确定任一新增构件的几何位置和新增节点的空间坐标。一般而言，新增节点坐标O皆可由如下函数式表示出来：

式中——i方向的新增节点O的坐标值；

——i方向的已有节点j的坐标值；

——i方向的已有构件ij的余弦值；

——第s根新增构件的长度；

N——已有构件与新增构件间连接线的节点数目；

M——连接线经过第j个已有节点的新增构件数目。

2.2施工力学计算方法

通过对新增构件的情况1、2进行了新增构件长度和建模长度完全相同的确定之后，又明显的发现，新增构件情况却对于新增构件本身的长度差异进行了确定。通过这方面，能够明显的看出，大跨度钢结构本身在进行施工过程中以及钢结构安装期间，都必须要对以上的情况加以重视。此外，由于这类计算方式本身还存在着一定的局限性，那么就必须要针对大跨度钢结构施工期间所呈现出的力学计算措施进行全面深入的分析、研究，本文主要选择了ANSYS5.7Software Package软件平台来展开了相应的讨论。

备注：水平直线——原始设计位置；虚线——施工过程的变形位置；点划线——新增构件

（1）如果说新增构件和已有的构件之间并没有进行连接，那么便可以直接利用坐标设计单元激活的方式来达到计算的目的。（2）针对图2a所示情况，新增单元JL与KJ同时生成，但除了JL密度取0外，一切参数皆保持不变。待构件新增后，应先还原构件的实际密度，后展开计算。（3）针对图2b所示情况，IJ/KL/JK皆同时生成，但JL弹性模量取最小值、JL 密度取0。待构件新增后，应先还原构件的弹性模量和实际密度，后展开计算。（4）针对图2c所示情况，O点坐标应采取O1/O2的算术平均，但某些特殊情况应取最靠近设计坐标位置的O1，即O点坐标，而计算应分步进行，即采取图2a所示情况完成初步计算判定更靠近设计位置的坐标点O1或O2以最近点取代O点并连接单元完成计算。增对上述各类单元增加情况，二次开发应选定对应的分支判断准则，并结合对应的计算方法展开计算。

结语

综上所述，对于大跨度钢结构本身的施工过程中，进行完善的施工力学分析，有着极大的必要性。而在本文之中，主要针对大跨度钢结构本身所具有的各方面特性来进行了全面详细的探讨，并且针对大跨度钢结构的完善，提出了叠加角度作为重要基础的边界转换法以及位移法理论来达到强制约束的目的，通过该方式，能够便于大跨度钢结构的力学分析。

参考文献

[1]李时，汪大绥.大跨度钢结构的抗连续性倒塌设计[J].四川大学学报：工程科学版，2011，43（6）：20-28.

[2]马霖.大跨度空间钢结构施工过程的数值模拟分析及在施工监测中的应用[D].合肥工业大学，2011.

[3]蒙炳穆.新汉口火车站大跨度钢结构施工阶段稳定性分析及施工全过程仿真模拟[D].重庆大学，2010.