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复杂钢结构施工过程一体化协同时变分析系统的建立与应用

针对以往施工过程仿真计算中存在的施工连续性、施工系统各部分之间相互作用等问题,建立了复杂钢结构施工过程综合协同时变分析系统和计算理论。通过将现有的诸如生死单元等技术和状态非线性求解技术、索滑轮自适应算法、杰克接触单元和逐点约束形状寻优等新技术相结合,将永久构件逐步安装,临时支护的拼装和拆除、施工中临时荷载的产生和消失、温度和风荷载的影响等,都能真实反映结构安装、边界条件、荷载作用和材料性能的时变性,特别是,它善于准确地分析施工系统在时空域的演化,准确地计算施工系统各部分之间的相互作用,准确地掌握施工过程中内力和结构的连续变化以及非线性累积过程。

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针对施工路径结构复杂、施工变形发展过程复杂的特点,建立了施工过程中三维动态变形预调整值的多阶段综合迭代计算方法。有效解决了中央电视台新址主楼和广东省博物馆新馆变形预调整值计算问题。

将数模计算技术有效融入整体提升、整体落地、整体滑移、整体张拉、整体拉拔等施工新技术中,为准确评价施工方案和施工过程中的结构安全,建立了数字化、信息化应用技术。

在整体提升施工技术中,形成了提升系统的安全保障机制,防止了设计和提升状态的不同应力条件对提升结构和框架造成的潜在破坏风险,形成了提升力的合理分配机制。自动控制结构柱与提升架之间复杂的提升总重量分布关系,形成了完整的时变控制机制。实现了起重结构起升环节“架外起闭式落地”数字仿真分析的无缝连接。揭示了提升结构系统与支撑结构系统复杂相互作用的机理,在整体有限元分析模型中可以实现提升过程中吊点位移不同步、碰撞和缆绳断裂等特殊情况。以及风荷载和温度荷载条件的自动分析和评估。

在整体滑移施工技术中,精确地实现了不同位置、不同施工阶段的滑移结构与滑移支承系统相互作用力的主动控制。在整体着陆施工技术中,实现了结构与胎架接触分离再接触和相互错位的精确分析,解决了以往用分支座位移法分析的损失。在张拉结构整体张拉施工技术中,实现了预应力初始状态找形分析、张拉过程分析和使用期作用效果分析的无缝连接,弥补了大位移索结构计算的技术缺陷。

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复杂边界条件转换,为满足巨型钢拱和巨型环形钢结构安装的需要,提出了一套完善的方案。提出了自适应整体牵引施工方案和集成建模与协同时变分析技术。提出了结构吊装的状态非线性解算技术、动力构形解算技术、逐点无约束找形分析方法、准滑轮组和活动索滑轮组技术。建立了基于时变分析的施工方案优化技术,有效地解决了施工问题。时变结构在施工过程中的非线性变化、内力积累和构形是一个难以模拟和分析的问题。


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