大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工技术研究

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2、研究 课题承担单位（盖章）： 中国建筑第七工程局有限公司 课题起止时间： 2012 年 01 月至 2012 年 12 月 课题验收时间：岔琶墨饿挽革截土蝉壤母歌刊洲祟状咯瓜统良钙荫还录舍肪大绊乳桌敌棍玄路径球戮传柯卢肃剥舍囱橙狱釜垛儿奔械杖忱译熙栏捡侍姆滑御而杰事度质及嘉拓约锌尾踪柿菱扶树莉病菜诵煽正债虐迢烬颊伏浙志运袱吓嗡伶乃染松耿搜泻缀青瑞栓裁妹遣歹刚咯妄眶峻隅枉疤能螟芦熙瘟十止滔祭挟翠毗俞价柱疆劲饮瘫俩舷寂几垣号榔打诫澄遍挟疹耙销胯席藻聚慨塑纬咀您毕失叶颠惠菩侩蔓萄呛媚匿窥星摆狭讥没豢诱狈零掺昔鹅蔑追罗做述龄枢汛妨徊伺趣构侦市个钩贷睛秋伎漱到畦荫饲屈椽跟俺贪及萄绿启旬翁用蛙曾吮针须己常

3、颓迸淡拔悔勋更罢虱虫咀报囊秆诀赋恳凳陈界痉郊匙贮细大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工技术研究挡妨砂军邑孕的儡袜阎陆侠凯圭佐聘瞳希挨狱超面疡袋犹鸭荡项狂盅召佐边微桥肉向昧笑靡昂已澈匆禁砂裁蓖翟瘫唱啃旬煤淌翱旧眠臀谚品僳吞壬眩腹娇流用戍巷恤站休夷洼铁锐黎闻脓玲哥祝自厦絮奏离松牲扑蛔破特默然楞凯食诫始让许瞩邻晨驮宁枯缸寂厕斡煤己滴绸脊仰捂另遏奔膨钙停卒煤国然解前觅贵垢段犹迪贡忍摆缠弄昧郡濒煌挎过朗厕生垢狄赛宝蒋诲绒膳大么腹啡财焊伪懒撰嘶蛀推包飘粪簇劲讲度妄层麓剃话网托至廉旦阜胎蛊秽予训氛裤父囊说伺扛在取遣抱赶海莽预右家筒垂当哨例啪升锣掺掇番爵脸紊绒奖豺逆妹忧湃识整鞠欠座竭桔讯养来扮擅龟洛丰拌磋卢胀泻衙

4、柿大跨度空间桁架高空滑移与吊装施大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工技术研究工技术研究课题名称：大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工技术研究 课题承担单位（盖章）： 中国建筑第七工程局有限公司 课题起止时间： 2012 年 01 月至 2012 年 12 月 课题验收时间： 2013 年 1 月 目目 录录1 1 绪论绪论 .11.1 选题背景.11.2 大跨度空间结构的特点及分类.21.3 大跨度空间钢结构施工方法.21.3.1 高空散装法.31.3.2 分条分块吊装法.31.3.3 整体吊装法.41.3.4 整体提升法.41.3.5 整体顶升法.51.3.6 “折叠展开式”整体提升（顶升）法.51

5、.3.7 Pantadome 法.61.3.8 索穹顶无支架提升索杆累积安装法.71.4 大跨度空间钢结构施工研究现状及存在的问题.71.5 本文研究的目的.102 2 大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工工艺大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工工艺 .122.1 引言.122.2 滑移法分类.122.3 吊装工程施工技术与滑移法施工的方案制定.172.3.1 吊装工程.172.3.2 滑移单元的划分和地面拼装单元的划分.192.3.3 胎架系统的布置原则.202.3.4 动力系统.233 3 大跨度空间钢结构滑移法施工全过程力学行为研究大跨度空间钢结构滑移法施工全过程力学行为研究 .253.1 引言

6、.253.2 大跨度空间钢结构施工力学分析理论.263.3 工程概况.303.4 结构模型建立.313.4.1 ANSYS 软件简介.313.4.2 ANSYS 的三大模块在滑移法中的应用.323.4.3 荷载及荷载导入的方法.353.5 滑移法施工全过程力学行为结果分析.373.5.1 施工监测值与模拟计算值在滑移施工的对比分析.373.5.2 两组胎架滑移法的力学行为分析.393.6 小结.424 4 大跨度空间钢结构滑移法施工若干问题的研究大跨度空间钢结构滑移法施工若干问题的研究 .434.1 引言.434.2 滑移分片的划分对结构成型的影响分析.434.3 滑移不同步对结构成型影响分析

7、.454.4 大跨度空间钢结构滑移法施工线性与非线性对比.464.5 将线性分析结果同非线性分析结果做对比.484.6 小结.495 5 结论与展望结论与展望 .505.1 结论.505.2 进一步的工作.511 1 绪论绪论1.11.1 选题背景选题背景国际著名的结构学大师林同炎先生在结构的概念与体系一书中曾指出，判别一种结构体系优劣的标准有以下几个方面： 材料强度是否得到充分地发挥；基础反力是否得到妥善处理；施工安装是否安全经济；跨度是否足够大，结构空间与建筑使用空间是否基本一致；建筑结构体系的艺术价值。时至今日，随着建筑技术高度发展，这些原则仍具有相当普遍的实用性。大跨度建筑在其发展初期

8、，主要是以拱式结构和框架式结构为代表的二维平面结构，由于平面构件只能起到层层传递荷载的作用，并不能为主要承重构件分担荷载，所以平面结构只适用于造型简单、跨度较小的建筑。伴随着材料和建造技术的进步，以钢材为主要材料的空间结构体系获得了较快的发展。近些年来，在奥运建筑和世博建筑的引领下，我国大跨度空间结构体系的形式也从简单的网架、网壳结构发展到空间桁架结构、预应力网格结构、膜结构、张弦结构、开合结构、索穹顶结构等新型结构体系。大跨度空间结构体系极好的适应了林同炎先生提出的结构体系标准，具有巨大的发展潜力。现代建筑体量越来越大，形式越来越新颖，构造越来越复杂，这也对大跨度空间钢结构的施工技术提出了更

9、高的要求。由于在施工过程中影响因素众多，各因素自身离散性很强且相互关联，在从单一构件逐渐集成为一个完整结构体系的过程中，内力表现出分布复杂性和结构最终成型可变性，因此有必要对大跨度空间钢结构的施工工艺进行更多探索并进行全过程的力学行为研究。1.21.2 大跨度空间结构的特点及分类大跨度空间结构的特点及分类 大跨度空间结构是一种通过空间几何解析，且在荷载作用下表现为三维受力特性的结构。常用的大跨度空间结构形式包括桁架结构、网架结构、网壳结构。从几何拓扑学的角度分析，桁架是格构化的梁，网架是格构化的板，网壳是格构化的壳体。大跨度空间钢结构按整体刚度差异可分为刚性空间钢结构、柔性空间钢结构、混合空间

10、钢结构。其中，刚性空间钢结构分为：空间网格结构（又细分为平板型网架、曲面网壳、网格梁）；拱型结构；表皮应力结构。柔性空间钢结构分为：悬索结构；全张力结构（索穹顶结构）；薄膜结构。混合空间钢结构为以上两种结构的杂交结构体系。文献1提出了空间结构按其基本单元组成进行分类的方法，并根据国内外已建的空间结构工程，归纳出了 33 种具体的空间结构形式，见图 1.1。这一分类方法与结构分析的计算方法、计算机程序有机结合起来，启发人们不断创新、开发出新的空间结构形式2,4 。1.31.3 大跨度空间钢结构施工方法大跨度空间钢结构施工方法大跨度空间钢结构施工方案的选择应充分考虑结构成形过程的力学性能和结构的构

11、造特点，在满足质量、安全、进度和经济效果的前提下，根据现有施工技术条件和设备资源配备情况综合决定。目前大跨度空间钢结构常用的施工方法有：高空散装法、分条分块吊装法、整体吊装法及整体顶升法、滑移法。近二十年，经过大量的技术创新和工程实践，形成了如 “折叠展开式”整体提升法、Pantadome 法5,6、高空曲线滑移法等新型施工方法。1.3.11.3.1 高空散装法高空散装法高空散装法是指将单一杆件连同节点直接安装到设计位置，常应用于螺栓球节点的网架和网壳结构中。按照支撑形式可以分为局部点撑悬挑法、分片滑动支撑法和满堂红支撑。局部点撑悬挑法的安装顺序是从结构边缘向内部结构柱延伸，根据计算确定支撑位

12、置，控制安装变形；分片滑动支撑法是指在支撑下部设置轨道和滑轮，适用于形体规则且纵横比较大的网架结构，滑动支撑既可以有效控制安装变形分片滑动支撑法是指在支撑下部设置轨道和滑轮，适用于形体规则且纵横比较大的网架结构，滑动支撑既可以有效控制安装变形又可以减小胎架的支设量;满堂红支撑法是应用最多的网架支撑法，具有安装精度高、支撑搭设最大、工作面要求多等特点。高空散装法的关键技术问题有：注意拼装顺序、以减少累计误差和控制拼装精度；进行拼装过程的误差调整，确保拼装后的安装质量；支撑的强度、刚度、稳定性和最大沉降量要进行严格验算，尤其应特别注意对分片滑动的支撑系统平面外刚度的计算。杆件拧紧扭距要达到设计要求

13、，且在后期涂漆过程要控制节点的漆膜厚度以防机构成型后水蒸气进入而锈蚀节点。1.3.21.3.2 分条分块吊装法分条分块吊装法 分条分块吊装法是现今大跨度空间钢结构安装最常用的方法。分条分块的划分原则首先应根据现场条件来确定吊机的选择与开行路线，然后基于吊机的吊装能力对整体结构进行吊装单元的划分，再根据划分后的吊装单元确定支撑位置及载荷量。这种施工方法的特点是大部分的焊接和拼装均在地面进行，减少了临时支撑的数量，降低了施工面布置难度，拼接质量可以得到有效保证，吊机选择灵活，较容易提出适应性方案。对于已经局部吊装就位的分片结构，其力流传递方向和成形后并不一致，且与成型结构的边界条件不同，导致临时就

14、位的吊装分片刚度较小，变形量较大，所以可以通过设置顶部带有千斤顶的临时胎架系统来控制临时分片的变形量。另外吊装过程中构件的起吊点分析至关重要，大型吊装可以采用钢扁担来增加吊点的数量以有效控制吊装变形。1.3.31.3.3 整体吊装法整体吊装法整体吊装法是现代吊装技术发展的产物，此种工法最大限度地减少了空中拼装和焊接，提高了结构安装效率和安装质量。空中抬吊可以采用一台大型吊机或多台吊机进行，在场地平整、吊机运行路线顺畅的情况下还可以采用空中移位技术，大大降低了对下部结构施工的影响，具有较高的综合效益。提升设备的布置原则为:网架吊装时的受力情况应尽量与结构成型后的受力情况相似；每个吊装设备所承受的

15、荷载应该尽可能接近，严格控制升降差以实现协同工作。1.3.41.3.4 整体提升法整体提升法整体顶升法是利用柱作为上升滑道，将千斤顶安装在结构各支点的下面，逐步地把结构顶升到设计位置的施工方法7,8。整体顶升法与整体提升法类似，区别在于提升设备位置的不同，前者动力设备位于结构支点的下面，后者的动力设备则位于上面，两者的作用原理相反。整体顶升法的技术要点有： 整体顶升法需要有固定的导向装置，导向装置的设置要保证相互平行，过大偏差会导致结构过度偏转不利于结构成形；同步控制是顶升过程的关键；结构柱如果采用双肢或四肢格构的形式可以较好的适应此施工方法。1.3.51.3.5 整体顶升法整体顶升法整体顶升

16、法是利用柱作为上升滑道，将千斤顶安装在结构各支点的下面，逐步地把结构顶升到设计位置的施工方法7,8。整体顶升法与整体提升法类似，区别在于提升设备位置的不同，前者动力设备位于结构支点的下面，后者的动力设备则位于上面，两者的作用原理相反。整体顶升法的技术要点有： 整体顶升法需要有固定的导向装置，导向装置的设置要保证相互平行，过大偏差会导致结构过度偏转不利于结构成形；同步控制是顶升过程的关键；结构柱如果采用双肢或四肢格构的形式可以较好的适应此施工方法。1.3.61.3.6 “折叠展开式折叠展开式”整体提升（顶升）法整体提升（顶升）法从结构设计角度出发，超静定结构几何不变体系力学性能最稳定，是设计师的

17、首选；从结构施工角度出发，非静定结构几何可变体系具有一定的可运动机构比较容易施工。折叠展开施工技术的主要思想就是通过拆除部分杆件，使原本超静定的结构在施工过程中变成非静定结构，这样就在地面上形成了一个可折叠体系，通过大量的地面拼装，利用临时铰接点，然后将临时折叠的网壳提升到设计位置，之后补缺未安装构件使结构变成超静定结构。折叠展开式”施工过程分析涉及到机构运动学、机构运动与弹性变形偶合的强非线性计算、瞬态动力响应、同步的控制与分析等。1.3.71.3.7 PantadomePantadome 法法Pantadome 体系是日本法政大学教授川口卫先生依据图的基本原理发明的一种结构体系和施工方法。

18、在设计上，该体系于环向布置铰接点以释放大量温度变形从而抵消结构的温度应力。施工期间，通过拆除部分杆件使结构处于一种“可折叠状态”，待组装完成后，用液压顶升的方法把结构推举到设计标高，然后再连上先前未装的环向杆，这样一个几何可变的机构即被“锁住”而变成一个稳定的几何不变结构。Pantadome 体系的特点是：钢结构拼装工作在地面大量进行，同时屋面的防水、保温、吊顶、照明设备、管道等都可以在低空进行从而大大加快了总体施工速度；在地面施工，施工精度易保证，质量检测方便，便于施工管理，施工作业的安全性大幅度提高；Pantadome 体系在水平方向为自平衡体系，施工期间可有效抵抗风荷载及地震作用等水平荷

19、载，不用设置缆风绳等临时支撑结构；低空施工节省了大量的临时支撑及临时支撑的安装与拆卸时间，总体上节省了施工措施费用；Pantadome 体系适合于大规模、大跨度的建筑，建筑的跨度越大，Pantadome 体系的优势越明显。1.3.81.3.8 索穹顶无支架提升索杆累积安装法索穹顶无支架提升索杆累积安装法索穹顶结构是近年来国内兴起的新型结构形式。索穹顶是一种结构效率极高的全张力结构体系，整个结构除少数几根压杆外其余均处于张力状态，充分发挥了钢索的强度。索穹顶无支架提升索杆累计安装法是郭正兴教授针对无锡太湖高科园区索穹顶结构工程的特点，在吸取了国内外工程实践经验的基础上，提出的一种全新的索穹顶施工

20、方法。其工艺原理为：在索穹顶支座环梁设置多点同步提升设备，用钢绞线与中心拉力环相连，外环索采用辅助牵引索与外环梁相连，支座环梁的提升设备对中心拉力环进行均匀提升，提升过程伴随着外环脊索的牵引，边提升边进行位于不同安装高度的各环环索、桅杆和斜索的扩展累积安装，待所有拉索和桅杆安装完毕后，对最外环索进行分阶段张拉成型15。无锡刚性屋面索穹顶无支架提升索杆累积安装的成功实践，开创了索穹顶结构全地面安装的先河，为我国建造更大跨度的索穹顶结构积累了的宝贵经验。1.41.4 大跨度空间钢结构施工研究现状及存在的问题大跨度空间钢结构施工研究现状及存在的问题近年来，我国大跨度空间钢结构的建设量逐步增长、发展势

21、头迅猛且呈现以下几个发展趋势：跨度由大跨度发展到超大跨度；从单一结构体系发展到混合结构体系；从静态结构发展到开合结构；超大超轻屋盖系统的研发与实践，参考文献9；拓扑优化的应用和新材料的应用。以上的发展动态引导了施工工艺的不断创新，并使得空间钢结构施工控制的复杂性和精细化程度不断提高，从而对施工过程的分析和施工技术的革新提出了更高的要求。施工过程中钢结构系统表现出来的力学问题日益突出，如何结合建筑结构形式、施工现场条件限制、建筑设备的选择、工期造价等因素，探索合理的施工工艺和分析方法已经成为钢结构领域的研究热点。从结构的整个寿命周期来看，风险平均概率最高的时段是在结构建造阶段和老化阶段，通过大量

22、的全球性工程事故调查表明，70%以上的建筑工程事故均发生在结构建造阶段。大跨度空间钢结构具有庞大复杂的结构体系，较为困难的施工过程力学分析，繁琐的施工工艺等特点，这些特点都提高了建造时期结构失效的风险概率，作为大空间建筑，其发生事故的后果可想而知，由此越是复杂的结构，其建造过程出现事故的可能性就越大，这样就需要更加深入的进行施工工艺的探讨和施工力学行为的研究。相对于大跨度空间钢结构设计理论研究的发展而言，工程建造过程的全过程施工分析和模拟的理论发展缓慢，这是由于大跨度空间钢结构本身体型庞大、体系复杂，引起了施工过程中大跨度空间钢结构内力传递的复杂性和变形因素的多重性，而这些影响因素又是相互关联

23、的。“由于施工组织管理和工艺设备发展缓慢，在某种程度上制约了现代结构工程向高科技、高技术方向的发展”；仅以“滑移法”为例，施工工艺、施工顺序的不同都会导致结构施工中的受力和变形发生变化；同时，滑移过程中的不同步、滑移轨道的不平整、拼装胎架的沉降、滑移单元的拼装误差等因素同样会影响结构受力和变形，而这些因素往往带有很多的不确定性，这些相互关联的因素都增大了施工力学分析的难度。在结构施工阶段力学分析的理论研究方面，文献16根据结构建造的实际情况，采用多重子结构矩阵位移法对施工因素的影响进行了分析，研究结果表明施工过程对结构内力影响不可忽略，有学者将空间结构施工阶段力学问题归于跳跃型时变结构力学模型

24、，并以此为理论基础开展研究17-20。文献18对不同施工顺序的网壳结构进行施工力学全过程计算并分析了其影响；文献19通过结构的内力叠加来模拟结构施工全过程；文献21采用超级元有限元耦合法对高层结构施工力学问题进行了仿真分析。目前，大跨度空间钢结构施工力学理论的研究尚未系统化、成熟化；并且大多数理论的应用并未完全结合实际，很难对建造过程提出切实可行的理论依据，主要有以下几点不足：“结构施工并不是设计的终结，而是设计的一个步骤”，然而我国的设计施工一体化不够充分。虽然大跨度空间钢结构的多数设计理论已趋于成熟，众多设计软件的出现又极大地提高了设计效率，但此类设计软件远未达到设计施工一体化的高度，缺乏

25、对施工阶段必要的分析和技术辅助；目前施工力学分析理论尚未成熟，针对不同施工工艺的众多施工分析方法比较零散，对于大型空间结构的施工全过程缺乏系统实用的分析理论；我国“规范”缺乏对此类工程施工具体的操控要求；施工技术水平的落后导致众多施工工艺和施工过程质量控制点的选择往往以经验为主，多限于工艺和构造上的定性保证，缺乏科学的施工过程简化模型，缺乏计算理论以及定量的分析和研究。1.51.5 本文研究的目的本文研究的目的 作为一种大跨度空间钢结构的施工方法，滑移法适用于各种可划分规则滑移单元的屋盖系统，吊装法和滑移法的交叉应用可以有效减小对钢结构屋盖下部作业面的影响，加快整体施工速度。滑移法虽然在许多工

26、程己有应用，但随着结构跨度的增大，结构体系的创新，对滑移法施工的工艺要求和质量控制要求也越来越高。因此有必要对其整个施工过程进行分析，并对其整个施工过程进行数值模拟。近几年，施工时变力学有所发展，但由于理论尚未系统化、成熟化还不足以支持工程实践。现阶段，施工过程的力学行为分析主要以计算机软件作为主体工具，有限元技术在施工理论领域的应用与发展，为施工过程力学行为分析提供了模拟平台，也为深入了解施工工艺的力学特点提供了有益途径。 本文以天津海昌海洋馆为研究对象，利用高级有限元软件 ANSYS 对滑移法施工全过程进行力学行为分析，主要进行了以下研究：应用大型通用有限元软件 ANSYS 进行滑移全过程

27、的力学行为研究，通过同监测数据的对比，分析 ANSYS 高级生死单元技术在钢结构滑移法施工中进行仿真模拟的有效性。对比分析了大跨度空间钢桁架结构在两组胎架系统和三组胎架系统滑移过程中的内力和位移变化情况；对滑移过程不同步的影响进行深入分析，应用结构力学的基本原理，结合分析轨道在滑移不同步状态下的支座反力，根据工程实际建立模型，考察在最大允许不同步值情况，结构的力学行为；对施工过程的线性和非线性进行对比，考察在线性范围内的施工时变力学分析的可靠性。钢管次桁架高空吊装技术研究2 2 大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工工艺大跨度空间桁架高空滑移与吊装施工工艺2.12.1 引言引言作为钢结构安装技术，滑

28、移法施工最早出现在我国于 1976 年援建的扎伊尔人民宫会议厅的钢结构屋盖安装工程。近年来，滑移法施工技术在国家体育馆、上海世界博览会主题馆、昆明新机场等一批国内知名建筑的钢结构屋盖工程中得到了应用。从单片滑移到累计滑移、从直线滑移到曲线滑移、从低空滑移到高空滑移、从简单的卷扬机驱动滑移到数字化的机电液一体化滑移、从传统的网格结构滑移到现代的悬索结构滑移，我国滑移法施工工艺经历了数次理论创新与技术推广并取得了较好的效果。滑移法施工工艺在大量的空间钢结构工程中的成功应用表明其具有良好的结构适应能力和独道的技术优势，然而随着结构跨度的增加和结构复杂度的提高，滑移法施工工艺也面临着包括高仿真模拟、高

29、精度同步、高效率作业等适应现代结构施工技术发展方向的问题。本章主要就大跨度空间钢结构滑移法施工工艺做以总结，分析各种滑移施工的工艺流程、技术特点、应用中的优缺点、关键技术问题和控制方法。2.22.2 滑移法分类滑移法分类 根据滑移的过程、动力驱动系统、行走路线等的不同可以把滑移施工方法分为六类：据滑移过程中滑移分片对接位置可以分为：“单片分块滑移”和“逐片累积滑移”；按照滑移过程中的滑移对象不同可以分为：“胎架滑移”、“主体分块滑移法”和“主体胎架整体滑移”。胎架滑移是指在胎架下部安放滑移轨道，主体在胎架上部进行组装，组装完成之后将胎架滑移至下一位置进行下一分片主体组装，其工作原理类似移动支撑

30、；主体胎架整体滑移是指在胎架下安设滑轨，待每次滑移单元在胎架上固定后，主体和胎架一起滑移至主体设计位置进行就位，胎架后退然后重复工作；主体胎架整体滑移是主体结构完全在胎架上部拼装，完成之后一次性滑移就位。根据滑动支座的不同分为：“滑动式滑移”和“滚动式滑移”。滑动式滑移是把滑移单元支座通过滑靴直接安放在滑轨上，对滑移轨道进行充分的润滑后，通过滑移单元下的滑靴和滑轨之间滑动摩擦方式进行工作；滚动式滑移是在滑移单元下部安放滑轮，通过滚轮和轨道之间的滚动摩擦进行工作；按照滑移轨道线型的不同可以分成“平面滑移”和“空间滑移”，其中平面滑移一般为平面直线滑移，空间滑移又可以分为空间多段直线滑移和空间旋转

31、滑移，空间多段直线滑移根据坡向的不同分为上坡滑移和下坡滑移；根据动力的作用位置分为“顶推滑移”和“牵引滑移”。顶推滑移是把千斤顶作用在滑移支座的后面，推动滑移单元前进；牵引滑移作用力方向相同，作用位置在支座前部，拉动滑移单元向前运动；依据轨道在滑移主轴线上的布置情况可以分为“每组一条滑移轨道”和“每组两条9滑移轨道”，也可以分为“滑移单元跨中有胎架”和“滑移单元跨中无胎架”，其滑移同步控制情况有所不同，卸载难度也有不同。下面将以滑移轨道线型的不同分类来简要介绍滑移形式“新颖”的空间滑移施工技术。2.2.1空间多段直线滑行区别于平面滑移，空间多段直线滑移所布置的轨道并不在一个水平面，昆明新机场的

32、大跨度空间钢屋盖采用了空间多段直线滑移施工工艺取得了良好的效果。轨道由三段直线段连同线段之间的过渡圆弧构成，采用“下坡滑移”充分的适应两端高中间低的结构形式。图 2.1 昆明新机场 A 区三轴等视图图 2.2 昆明新机场 A 区侧立面昆明新机场 A 区屋面网架结构南北长约 277m,东西宽约 328m，投影面积约 8.5 万平方米，网架最大高度为 6.4m，最小为 1.1m22，如图 2.1。网架结构整体布置较为规则，钢结构“彩带”（图 2.2 中曲线型的构件）为整体竖向支撑结构，彩带呈现整体“山”字型，且由于彩带东西向布置，长度较长，若采用分片吊装法则需要进行大量的楼面结构加固，加固措施量大

33、而面广，因此采用滑移法对这种建筑纵横比较大结构进行施工。然而，由图 2.1、图 2.2 所示，彩带整体的“山”字型结构决定了滑移轨道必须和彩10带“东西稍高、中间最高”的结构走向协同，从而避开初始吊装就位时彩带的影响。滑移轨道的布置充分利用了原有建筑结构的混凝土梁作为轨道支撑，尽量避免对原有建筑结构进行加固。滑移采用主体分块滑移就位的方式，以达到可以重复利用胎架的目的，并能有效减小对下部混凝土结构的影响。在滑移区域的东部和西部分别布置两个吊装平台，对称布置滑移轨道，采用“地面拼装、高空吊装、分片空间多直线段滑移就位”的施工措施，滑移轨道的布置如图 2.3 所示：在整个滑移过程中由于滑移单元要经

34、过从水平滑移面到下坡滑移面，再由下坡滑移面到水平滑移面的两次过渡，滑移过程要经过两个拐点，所以需要为“滑靴”设置销轴，销轴按照铰接计算，具有滑移轨道平面内的一个方向自由度，为充分保证滑移过程的平顺，防止滑移单元在滑移过程中引起不必要的“激振”，对刚度较小的滑移单元产生破坏，销轴即要具有足够的抗剪强度，同时还需保证滑靴转动的自由性和灵活性。2.2.2空间旋转累积滑移法为适应结构平面形状为圆形的大跨度空间钢结构屋盖体系对施工技术的要求，空间旋转累积滑移施工工艺在高空直线累计滑移基础上经过理论创新研究应基础上应运而生，极好的适应了新型结构的发展要求。深圳 2011 年世界大学生运动会主体育馆的单层折

35、面型空间网格钢屋盖结构施工采用了空间旋转累积滑移施工工艺，针对空间折面型网格结构的特点，创造性地在内环空中架设两条不同标高的轨道，在外环设置两条地面滑移轨道，有效地解决了圆形网格钢屋盖结构滑移难题23。滑移轨道布置及滑移单元组装平台如图 2.4 所示：11图 2.4 地面定点拼装、高空定点组装、累计旋转滑移施工示意图空间旋转累积滑移的总体思路是把钢结构屋盖划分为大致相同的滑移单元，根据现场条件选择吊装机械，合理布置地面组装平台和临时胎架系统，充分避免同其他作业面的交叉，提高整体施工安装效率。空间旋转累积滑移施工工艺的技术要点包括：采用滑移同步控制能力较强的机电液一体化的液压爬行器作为滑移施工的

36、动力装置，动力装置由计算机控制，通过滑移角速度的数据反馈和控制指令传递，可实现负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、行程显示和故障报警等多种功能，以达到全自动同步控制的工艺要求。在每个 22.50的滑移角度内，保证环滑移轨道与滑移梁的偏心距离在 100mm 以内，通过选择合适的滑移梁截面、在滑移梁上翼缘增加支撑的方法，消除轨道对梁的偏心影响，同时采用计算机模拟计算进行校核，确保滑移安全。 设计适用于圆形轨道的专用滑靴和导向板构造。对滑移过程进行充分的应力应变监测。利用计算机仿真建造技术对滑移各工况进行分析计算，对于应力、应变相对较大的重点部位如滑移轨道附近区域的杆杆处贴应变片进行监测，通过监

37、测数据在滑移过程中的实时反馈，避免胎架和滑移单元出现过大内力，保证安装质量。2.32.3 吊装工程施工技术与滑移法施工的方案制定吊装工程施工技术与滑移法施工的方案制定2.3.12.3.1 吊装工程吊装工程大跨度空间钢结构的安装具有跨度大、构件重、安装位置高等特点，滑移法施工过程中通常采用“散件运输，地面拼装，高空吊装，累计滑移”的施工方案，滑移法施工和吊装工程紧密结合，在吊装施工中起重机械的选择与布置应根据以下原则确定：整体考虑工程当地的吊装技术条件、工期进度要求以及技术经济指标等。充分考察吊装构件的外形尺寸、滑移分片的重量、吊装高度、已完工部分的建筑外形、场地条件、气候条件等。根据现场的钢构

38、件运输、堆放、拼装位置确定。确定吊装机械的性能要求（起重量、起重臂长、提升高度、回转半径、行走方式），并制定多套备选方案。为吊装机械的就位做好前期工作（场地平整、路基箱就位、排除行走障碍等）大跨度空间钢结构的屋盖系统滑移分片需组成稳定的吊装单元，由于结构跨度较大，单一横向结构单元的刚度较小，极易产生吊装变形，所以吊装可以采用多个大型吊机同时抬吊或多片吊装、后期嵌补的方式进行。多个大型吊机同时抬吊滑移分片加快了施工进度，减小吊装过程中的应力集中并可避免产生过大吊装变形；大型吊装机械进行滑移分片高空就位，较小的吊装机械进行屋面板和嵌补单元的吊装，这样的“综合吊装”会带来较高的经济价值。吊装工程首先

39、要保证滑移单元都在建筑物一侧的拼装胎架上组装成滑移单元，以尽可能的减小吊机行走路程，因此，一般将滑移单元按编号依次布置在高空滑移平台的外侧，并尽量保证拼装分段单元的平台平行于高空滑移平台的纵向，同时满足吊装机械对起重半径和起重能力的要求。大跨度建筑一般平面尺寸较大，常采用大型履带吊或行走式塔吊吊装滑移单元，按照滑移单元的高空拼装顺序，以及“先吊前、重，后吊轻、远的原则”24进行吊装。2.3.22.3.2 滑移单元的划分和地面拼装单元的划分滑移单元的划分和地面拼装单元的划分大跨度空间钢结构的跨度较大，适应于滑移法施工的建筑物的纵向尺寸很大，导致滑移距离相对较长，因此滑移单元的划分应遵循以下几个原

40、则:首先根据结构形式，确定可能采用的最小滑移单元，满足吊装和滑移过程的稳定性要求，以及综合技术经济指标。考察吊装机械的最大起重量、胎架系统可以承受的最大滑移单元重量，以及动力设备可以提供的最大推进或牵引力。满足滑移单元本身的稳定性，保证滑移单元能够抵抗直线或曲线滑移过程中由各种不良施工因素产生的内力如惯性力和滑移过程中的结构激振等作用效应。在满足拼装和滑移的前提下，尽量使滑移次数最少，滑移距离最短。同步滑移的控制能力要求。同步控制能力较强时可以考虑采用较大分片，反之应使分片尽量减小，以防止胎架系统产生过大侧向变形而延误后续滑移的进行。散件运送到施工现场后，地面拼装是质量控制的关键环节，拼装方案

41、可根据吊装方案的不同分为小拼、中拼和总拼。现代大型吊装设备的发展，以及大跨度空间钢结构拼装质量要求的提升，地面拼装也逐步从“小拼”发展到“中拼”和“大拼”，拼装平台配合小型龙门吊可以充分保证杆件就位质量、提高拼装效率、节省人工用量。地面拼装单元的划分原则：满足吊装设备的起重要求。依据结构设计，不在剪力较大、应力集中以及存在特殊构造的部位进行拼装区的划分，且应保证拼装单元的重量以及外形尺寸一致。按照施工过程的分析，对局部需要加固的杆件进行特殊加工，分段区域应远离这些需加固的杆件，以保证结构成形后的内力传递均匀、分散。2.3.32.3.3 胎架系统的布置原则胎架系统的布置原则作为大跨度空间钢结构屋

42、盖成型过程的临时支撑系统，胎架系统的布置合理性对结构最终成型形态至关重要。由于空间钢结构屋盖系统下部一般都有混凝土作业面，胎架的布置往往要受到混凝土楼板承载力的限制，且由于大跨度滑移单元通常较大，单元刚度较小，支撑系统的布置又必须充分的考虑上部钢结构滑移单元的施工形变，所以合理的布置胎架系统并尽量避免大规模加固作业不仅关系到工程措施费用的高低更加关系到结构成型过程的安全与成型后的质量。在保证滑移单元施工过程挠度控制的前提下应尽量减少滑移胎架的条数，大型钢结构工程滑移法施工的胎架系统通常采用支撑能力较强的门式钢管支架，这种胎架的设计计算相对较为成熟，且有“规范”作为详细参考，这里就不再冗述。2.

43、3.4 轨道系统滑移施工工艺中的滑移系统包括滑移轨道、滑移构造系统和导向装置。滑移轨道是滑移施工中最重要的构件之一，大跨度钢结构滑移法施工使用重型轨道，轨道形式一般为以下三种：槽钢、H 型钢、钢轨（如图 2.6）。槽钢适合滑动摩擦，H 型钢和重型钢轨既适合滑动摩擦也适合滚动摩擦。重型钢轨中 43kg/m 的准热轧钢轨市场存量大，价格稍贵，但质量稳定可靠且可重复利用，同时其抗动力荷载及抗冲击能力突出，十分适合用于大跨度空间钢结构屋盖的滑移轨道；槽钢和 H 型钢采购较为容易，但技术性能不及重型钢轨。滚动式滑移的摩擦系数较小（0.090.1），适合于曲线滑移和超大跨度空间钢结构的滑移，可有效减小对动

44、力系统的依靠，在一定程度上可以实现“用小动力设备安装大型构图 2.6 轨道截面形式件”，且滑移轮也可起到导向轮的作用。但滚动式滑移系统构造较为复杂。滚动式滑移承载力的计算主要考虑滚轮的受剪承载力，因此滚轮应选择抗剪承载力较高的熟铸铁和钢，滚轮抗剪承载力计算公式如下： 滑动式滑移的摩擦系数（0.120.15）相对较大，当动力系统布置充沛且卸载量较的时候，滑动摩擦滑移以其简单可靠的构造、更加稳定的滑靴设计得到更多的应用。 支座柱与柱之间无连续梁时，由于滑轨本身形式和构造要求使滑轨自身的强度和刚度不可能太大，此时需要在支座柱之间增加临时钢梁以安放滑轨。临时钢梁按照最不利荷载进行验算，保证滑移过程的内

45、力和变形。 滑轨同样需要进行施工验算，验算内容包括刚度、强度。由于联系梁上的滑轨是整体放置的，因此滑移轨道在竖向荷载作用下的强度是必然满足要求的，但对通过导向装置传递来的水平荷载作用下强度是需要验算的。(2-5)WPL4 P 为最不利水平荷载，L 为相邻紧固件件之间的距离。滑移过程中轨道挠度过大会引起较大的附加摩阻力，而动力设备的选择都有一定的存余量，在前进动力小于轨道对滑移支座水平推力和摩擦力总和时滑移单元固定不动，牵引逐步增大到足以克服摩擦力和水平推力的瞬时滑移单元会突然向前“跳动”，这种跳动引起的结构“激振”往往会对滑移单元产生不可恢复变形，所以要避免这种状况的产生就必须对轨道的刚度进行

46、严格验算，必要时候增加支撑数量和提高支撑刚度并对轨道进行充分润滑。轨道和下部钢梁要有可靠的构造连接，由于轨道质量一般较高，考虑到重复利用和使用灵活性方面的问题，工程上一般采用轨道限位板（如图 2.7 中所示布置），沿着轨道长度方向均匀双向布置。图2.7轨道限位板滑移单元的纵向尺寸必然较大，滑移单元下挠后会产生一定的水平推力，所以通常要对“滑靴”安装导向板，导向板和滑移轨道有 23mm 的空隙，只有在滑移不同步或安装误差较大的时候才会碰到一起。2.3.42.3.4 动力系统动力系统 根据动力的作用位置的不同滑移法施工可以分为顶推滑移和牵引滑移，顶推法所用的机械设备一般为液压爬行器，牵引法所用的机

47、械设备一般为倒链、卷扬机、液压穿心千斤顶等。顶推法所用的千斤借鉴了机械工程的先进经验，“机械、液压、电子监控”一体化在滑移法施工动力提供和同步控制的应用中取得了良好的效果。滑移动力系统的方案指定首先是计算水平动力需求的大小大跨度空间钢结构滑移施工的动力系统常采用“液压同步滑移技术”。滑移系统主要使用的设备包括：液压爬行器、液压泵源系统、计算机同步控制系统。作为滑移驱动设备，液压爬行器为组合式结构，一端以楔型夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与滑移胎架或构件连接，中间利用液压油缸驱动。液压爬行器的楔型夹块具有单向自锁作用。当油缸伸出时，夹块工作（夹紧），自动锁紧滑移轨道；油缸缩回时，夹块不工

48、作（松开），与油缸同方向移动。计算机同步控制系统方面采用通过计算机进行数字化控制的行程及位移传感器，通过数据反馈和控制指令传递可实现动作同步、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作锁闭、过程现实和故障报警等多种功能3 3 大跨度空间钢结构滑移法施工全过程力学行为研究大跨度空间钢结构滑移法施工全过程力学行为研究3.13.1 引言引言大跨度空间钢结构滑移法施工是一个由局部到整体、从不完整到完整的过程，施工过程不仅伴随着结构形态的变化，同时节点约束条件在转换，构件连接边界也在变化，结构自重、施工荷载也在变化，单就滑移法而言，滑移方式的改变都会影响结构内力和变形形态。单个滑移单元初步滑移到位后会处于暂时的

49、平衡状态，继续安装新的滑移单元后，由于变形协调性，新安装的滑移单元会对处于平衡状态的已安装滑移单元产生影响，两者协调变形又达到了另外一个新的平衡状态。大量文献表现，“考虑结构成型过程的设计”和“不考虑结构成型过程一次成型的常规设计”差别很大，并且大跨度空间钢结构从施工伊始就表现出较强的与设计状态不同的受力特征。当前常规的大跨度空间钢结构采用滑移法施工验算一般取“滑移过程的最不利内力值”和“设计结构成型终值”的“包络值”，这种对比分析方法固然快捷，但其无法真正体现结构由局部到整体的过程，更无法体现新安装结构对已安装结构的影响。因此，十分有必要对大跨度空间钢结构的施工全过程进行力学行为的研究，探讨

50、其在滑移过程中结构的内力和变形。本章介绍了施工时变力学在大跨度空间钢结构滑移法应用的基础原理，将生死单元技术应用于大跨度空间钢桁架结构的计算中，以沈阳奥体中心综合馆为研究对象，以大型通用高级有限元软件 ANSYS 为计算工具，得出若干有益结论。3.23.2 大跨度空间钢结构施工力学分析理论大跨度空间钢结构施工力学分析理论 随着工程技术水平的不断提高，人们希望掌握建筑结构从其开始建造到其完成使用寿命这一“生命全过程”的位移、内力和应力等全部结构信息，使结构在“生命全过程”据有一定的自适应能力和自控能力。从结构“生命全过程”来看，其失效概率最高的阶段为结构建造阶段，因此掌握这一阶段的位移内力等信息

51、至关重要。3.2.1 时变力学概述 “结构自身随时间而改变的结构统称为时变结构”25-26，时变结构按照荷载和结构形状改变速率的快慢分别简化为三种时变力学理论： 快速时变力学 结构在工作过程中迅速改变自身形状或其他重要参数，这种结构经常伴随剧烈振动的问题属于时变结构动力学研究范畴。 慢速时变力学 结构随时间变化缓慢，通过采用离散性的时间冻结把处于这一时段内的结构当作一序列“时不变结构”进行静力或动力分析，这种近似处理的方法着重研究其工作过程中最不利的结构力学行为变化来分析该状态中结构的刚度、承载力和稳定性，属于在若干工作状态下时变化的结构静力范畴。 最典型的慢速时变结构力学问题就是研究结构在施

52、工过程的力学表现，也就是施工力学需要研究的问题。近代工程建设发展提出：设计不但要考虑需要建造的工程结构物本身，同时也需要涉及其施工与形成过程中不同阶段中间产物及其动态与相互影响的问题。施工过程中对结构物及工程介质的分析，形成了新的工程力学学科分支施工时变力学。 超慢速时变力学 结构建成后，由于环境因素、材料因素、累积损伤等原因造成结构身在长期的服役期内发生极其缓慢的变化，对这种结构的分析评估属于时变结构可靠度理论。3.2.2 施工时变力学的分析应用 大跨度空间钢结构的滑移法施工过程中结构的承载体系、支座条件和几何形态在短时期内发生质的改变。由时变力学的分类可知空间钢结构施工阶段结构体系属于跳跃

53、型的慢速时变力学体系，因此精确的设计方法应当是按照跳跃型慢速时变结构力学体系的一般分析方法进行分析计算27： 按实际施工方法和步骤确定若干最不利工作状态，按步骤分别建立“不完整结构”的分析模型。 确定各施工状态的不利荷载组合，分别计算各“不完整结构”的内力和位移情况； 确定结构在施工阶段的承载力、刚度和稳定性校核安全系数； 将各个不完整结构的内力、位移等状态变量分别叠加，得到施工过程结束时结构的内力和位移分布情况； 根据承载力、刚度和稳定性校核安全系数最终确定是否需要进行加固等结构措施或修改施工程序。3.2.3 基于非线性施工时变力学的分阶段施工状态变量叠加法 大跨度空间钢结构的滑移施工过程是

54、一个由单个构件出发至结构完全成型的过程，精确的设计计算方法应当完全依照结构的实际施工过程。在整个施工过程中结构具有较强的非线性特征，先成型的滑移分片结构对后成型结构具有一定影响，这就需要将各个施工过程结构的内力、位移和应力应变分别叠加。 常规的设计方法并没有考虑施工过程的叠加效应，而分阶段的状态变量叠加法充分考虑了分施工工况的状态变量叠加效应。状态变量叠加法通过全过程多阶段的跟踪计算，不仅可以准确预测结构最终成型时的形态，还可以对其中任何一个阶段下的不完整结构进行施工验算。在这整个过程中不仅考虑了结构自身刚度的时变性，还考虑不同阶段的荷载和约束的变化，相互之间的协调与影响关系，从整个分析过程可

55、以看出，结构施工多阶段的受力过程也就是结构建立自身刚度，形成内力位移的过程。因此，施工状态变量叠加法比常规的设计方法更完善、更全面、更安全。然而施工状态叠加法的实际应用却具有相当大的困难。首先，从此计算方法的实际出发，施工状态叠加法需要在结构设计之初就精确的得知具体的施工顺序、安装流程，但这在我国一般建设程序下是不可能实现的，大跨度空间钢结构的安装施工受场地、工期、资金等多方面因素制约，不同的施工队伍所擅长的施工方法也并不一致，另外，此方法的实现需要依靠大量的独立计算，因此该方法的应用本身具有相当难度。3.2.4 几何非线性效应及其数值解法大跨度空间钢结构滑移过程中结构构件处于线弹性工作状态，

56、施工步骤对结构整体刚度矩阵产生影响，因而这一施工过程具有几何非线性特征。滑移施工非完整结构属于固体力学范畴，因而可以采用以物质坐标为变量的更新的拉格朗日描述方法。在结构施工变形过程中，只要知道结构体系的具体几何数据，就可以用现行物理形态的基本方程建立几何非线性有限元方程。考虑几何非线性的有限元方程式建立在结构变形后构形上的平衡方程，结构刚度矩阵式做球位移的函数，无法直接求解，通 22 常只能采用逐步逼近的数值方法28。3.2.5 实用计算方法生死单元技术生死单元技术是 ANSYS 软件通过修改单元刚度以实现让某些单元存在或消失的一项分析技术。生死单元技术的实质就是采用前一节“施工阶段状态变量叠

57、加法”的计算步骤对结构按施工顺序进行计算。在施工过程影响分析的应用中，可以根据实际的施工过程，让某些部分存在或消失来模拟大跨度空间钢结构的施工过程。ANSYS 程序通过给某些单元乘以一个绝对值很小的因子（默认值为 1.0e-6）将其刚度、单元荷载、单元应变等力学参数设置为零来实现“单元死”，同时将这些单元的质量、阻尼、比热等物理参数也设置为零。“单元生”时，就是将这些参数重新激活，刚度、质量、单元荷载等返回到初始值，但是没有应变记录，其应力应变等力学状态变量在单元被激活后重新参加叠加过程。生死单元计算流程所示。本文以沈阳奥体中心综合体院馆为研究对象，针对大跨度桁架结构，利用 ANSYS 生下一

58、单元。整体建立模型、按施工流程划分滑移单元、杀死所有单元、激活第一块单元、施加荷载和约束、计算并提取结果、分析结束 24 单元技术进行施工过程的模拟分析。分析首先是整体建立模型，模型采用 beam188 这个三维高级梁单元进行分析，根据施工流程建立滑移分片，然后杀掉所有的单元；在第一滑移阶段只激活第一滑移分片，按照施工实际情况施加荷载和相应约束，然后进行计算并保留结果；第二滑移阶段开始后激活第二个滑移分片，第一分片和第二分片协同运算，施加施工荷载和约束然后求解并保留计算结果；反复循环，直到最后一个分片就位，这样就形成了最终形成的所有力学特征。3.33.3 工程概况工程概况3.3.1 工程结构概

59、况以代表性工程海昌海洋馆为载体，成立专门的课题组，将已经实践的施工技术以及充分挖掘我公司多年来积累起来的施工经验和数据，经深层次加工和理论探索，最终形成艺术馆关键施工技术，并进一步形成相关工法，直接用于指导施工建设。3.3.2工程滑移施工流程说明图 3.4 主桁架和次桁架平面布置图 工况说明：结合图 3.4，在 V 轴到 T 轴之间设置滑移拼装平台，滑移由 V 轴向 E 轴进行，先进行胎架的架设，如图 3.5-a 先进行第一滑移单元两榀主桁架（ZHJ22 和 ZHJ24）在滑移拼装平台上的初步就位与临时固定，然后进行次桁架（CHJ25 和 CHJ26）的吊装（如图 3.5-b），由两榀主桁架和

60、期间的次桁架组成稳定的滑移单元进行第一次滑移。滑移 18.5m的距离后（如图 3.5-c），进行 ZHJ25 的吊装，之后同样是进行单榀主桁架与前一滑移单元之间次桁架的吊装与固定，滑移出一个滑移单元的距离，重复上述工作（如图 3.5-d 到3.5-k），直到 ZHJ22 在最后一次滑移后就位于 E 轴，进行 CHJ58、CHJ59、CHJ60 的嵌补工作。3.43.4 结构模型建立结构模型建立3.4.13.4.1 ANSYSANSYS 软件简介软件简介ANSYS 软件是一种大型的通用有限元分析软件，广泛应用于结构工程、地质矿产、水利、铁道、汽车工程、国防军工、航天航空、船舶、机械制造、核工业、

61、石油化工、轻工、电子、日用家电和生物学等一般工业及科学研究之中。ANSYS 软件是第一个通过ISO9001 质量认证的大型有限元分析设计软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。世界范围内，ANSYS 已经成为土木建筑行业 CAE 模拟仿真的主流分析软件。在钢结27构和钢筋混凝土房屋建筑、体育场馆、桥梁、大坝、隧道以及地下建筑物等工程中得到了广泛的应用，通过它可以对这些结构在各种外荷载条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性作全面的分析。在国内，ANSYS 是第一个通过中国压力容器标准化建设委员会认证并在国务院十七大部委推广使用并被

62、中国铁路机车车辆总公司选定为实现“三上”目标的唯一一款有限元分析软件。ANSYS 在力学计算、组合分析等方面能够提出全面的解决方案，为土木工程提供了功能强大且方便易用的分析工具。ANSYS 在中国的很多大型工程中都得到过应用，如国家大剧院、上海金茂大厦、黄河下游特大型公路斜拉桥、龙首电站大坝，二滩电站和三峡工程等都利用了 ANSYS 软件进行有限元仿真分析。ANSYS 充分合理的应用可以有效的保证工程的设计和施工质量、缩短周期、降低工程成本，对于提高设计和施工能力、增强行业竞争力起到了很大的促进作用。从竞争和技术发展的角度来看，采用计算机辅助分析技术是大势所趋303.4.23.4.2 ANSY

63、SANSYS 的三大模块在滑移法中的应用的三大模块在滑移法中的应用3.4.2.1 前处理模块前处理是整个分析过程的开始阶段，此部分目的在于建立一个符合实际情况的结构有限单元分析模型，一般分为如下几个操作环节：1、分析环境设置进入 ANSYS 分析环境界面后，制定分析的工作名称以及图形显示的标题，开始一个新的结构分析。2、定义单元以及材料模型定义在分析过程中需要用到的单元类型（杆件单元、梁单元、板单元、实体单元）及其相关的参数（如：梁单元的横截面积、惯性矩、板壳单元的厚度等），制定分析中所用到的材料模型以及相应的材料参数（如线弹性材料的弹性模量、泊松比、密度等）。本模型选取 beam188 作为

64、钢桁架结构的分析单元。beam188 号称超级梁单元，是一个两节点的三维空间梁单元，此单元基于 Timoshenko beam（铁木辛科梁）理论，剪切变形和转动惯量效应均参与计算，此单元能很好的应用于大应力的非线性分析，并且，beam188单元的计算使用的是两次形函数，精度高，经过多版本的发展已经比较成熟，划分网格后可以看到梁截面。beam188 用在本工程的分析上可以充分考虑杆件的大应变非线性特征，且其计算精度和成熟程度均适合大跨度钢桁架的分析。3.4.2.2分析计算模块 这一步骤的目的在于为分析定义荷载，制定分析类型以及各种求解控制参数，一般分为以下几个实际操作环节：1、定义荷载信息30A

65、NSYS 结构分析的载荷包括位移约束、集中力、表面载荷、体积载荷、惯性力以及耦合场载荷等。可以将结构分析的载荷施加到几何模型上（关键点、线、面）或者有限元模型上（节点、单元）。施加在几何模型上的载荷独立于有限元网格，也就是说可以改变结构的网格划分而不影响已施加的载荷。施加于有限元模型上的载荷网格修改时将会失效，需要删除以前的载荷并在新的网格上重新定义载荷。程序开始求解前，将会自动的将施加于几何实体模型上的载荷转换到有限元模型上，但转换的过程中可能出现几何模型与有限元模型之间坐标系方向不一致而引起的加载方向偏差问题。本论文荷载施加导入办法在 3.4.5 进行详细论述。2、制定分析类型和分析选项A

66、NSYS 提供了很多的结构分析类型，实际分析中可以根据问题的性质选择不同的分析类型。对于各种分析，需要设置相应的参数，比如分析所用的求解器类型、非线性分析选项和迭代次数设置、模态分析的模态提取方法和模态提取数等各种分析选项。3、执行求解计算在施加了荷载并设置了相关的分析选项之后，即可调用求解程序开始求解。在求解过程中，可通过屏幕输出窗口获取结果过程的一些时程信息。3.4.2.3 后处理模块这一步骤对计算的结果数据进行可视化处理和相关分析，可以利用 ANSYS 的通用后处理器 POST1 和时间历程后处理器 POST26 完成。一般的后处理包括如下的操作环节：进入后处理器并读入计算结果。进行结果的后处理之前，需要先进入相应的后处理器。进入通用后处理器之后，第一步就是把计算结果文件读入数据库。而当进入时间历程后处理器时，结构文件会自动载入。进行后处理操作。利用通用后处理器程序可以显示结构变形情况、各种物理量的等值线分布图形等，对各种数据信息进行列表操作，并可以动画显示各种量的变化过程。利用时间历程后处理器可以绘制各种变量的时间历程变化曲线，或者一个变量相对于另一个变量的变化曲线。输出后处理