大跨度钢结构转换桁架预压施工与监测技术的研究和应用

摘要

大跨度钢结构转换桁架作为一种新颖独特的转换结构形式，由于具有受力合理、抗震性能好、刚度大、重量轻、施工速度快、能够满足下部大空间要求、用料经济、构造简单及绿色环保等诸多优点，深受广大建筑设计师的青睐，在一些现代化的大型公共建筑中屡屡出现。尤其是随着我国社会经济的发展，空间结构近年来得到了很大的发展，建筑结构转换层的跨度愈来愈大，施工难题层出不穷，这不仅给结构设计带来了巨大的挑战，而且对施工技术提出了新的要求。目前，国内外学者对工程中常用的转换层结构形式陆续进行了一些试验和理论研究，对转换层结构的受力特征有了更深入的了解，一些研究成果已在工程实践中获得应用。但缺乏对各种形式的转换结构进行系统的研究，尤其对于大跨度钢桁架转换结构施工技术应用方面研究较少，相关文献报道极少，无相关工程经验可以借鉴。随着越来越多的复杂大跨度钢结构转换桁架的出现，施工过程中不断涌现出亟待解决的力学及技术问题。为适应大跨度转换钢桁架发展趋势，本文以重庆国泰艺术中心工程为背景，首次提出预压施工法，并对其进行了深入的研究，主要完成了以下工作内容：
　　①首先对国内外转换层结构的设计与施工的发展状况、转换结构的功能与形式、研究现状等进行了系统的介绍和总结，并结合工程实际对预压法和体外预应力法进行比较，提出选择预压法施工的适用性和必要性。
　　②详细阐述了预压施工控制的内容与方法。并对各种方法进行分析比较，提出了较优的预压施工控制方法。
　　③针对预压施工法施工工艺流程、预压法的基本原理、预压施工的关键技术和难点、结构分析的重要性、有限元建模的前提条件和ANSYS建模及计算分析方法进行了详细阐述，通过对ANSYS的建模分析，得到桁架在上部荷载作用下的跨中挠度及各构件的应力变化情况，为桁架的预压起拱和评估桁架的设计提供理论依据。
　　④重点介绍预压施工法的具体实施。主要包括：钢桁架的制作安装与吊装、吊篮与吊点的设计、分级加卸载制度、加载材料、施工监测与安全措施。
　　⑤以施工监测为主线，重点论述了预压施工监测的目的和要求、监测内容与原则、监测的工艺流程与测点布置、并对监测结果与有限元计算结果进行了对比分析，论证了有限元建模分析的合理性，进一步论证信息化施工的重要意义。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 大跨度转换层结构的发展及国内外研究现状

1.3 预压施工法提出的工程背景

1.4 预压法研究的主要内容

1.5 预压法施工研究的意义

2 预压施工控制内容与方法

2.1 预压施工控制概述

2.2 预压施工控制的目的和任务

2.3 预压施工控制的内容

2.4 施工控制方法

3 预压法施工结构分析

3.1 预压施工结构分析的重要性

3.2 有限元模型建立的前提假设

3.3 有限元模型的建立及计算分析

4 预压法施工工艺与关键技术

4.1 预压法的基本原理

4.2 预压法施工的工艺流程

4.3 预压施工的关键技术及难点

4.4 预压钢桁架的制作

4.5 吊篮设计安装

4.6 预压施工的准备工作

4.7 预压钢桁架的吊装

4.8预压具体实施

5 预压施工监测

5.1 预压监测概况

5.2 监测的目的和要求

5.3 监测遵循的原则[74][75]

5.4 监测的工艺流程

5.5 测仪器和设备

5.6 测点布置及监测内容

5.7 监测安排

5.8 预压施工监测误差分析

5.9 监测过程异常情况的应急处理

5.10 监测结果

5.11 监测结果分析

5.12 监测结果与有限元计算对比分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录