天津茱莉亚学院大悬挑连体钢结构施工过程力学性能分析

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在大型公共建筑中出现了大量结构复杂的建筑,此类建筑施工难度较大,若施工不当结构极易在施工过程与服役期间出现各种问题。天津茱莉亚学院作为一座由四个大悬挑单体与五条空中连廊组成的大悬挑连体结构,施工难度极大,但目前对于连体结构的研究多集中在单一连廊连接两个塔楼的结构形式,针对这种大悬挑连体结构施工过程的研究基本处于空白。因此本文采用了数值模拟和现场监测的研究方法,对天津茱莉亚学院大悬挑连体钢结构施工过程的力学性能进行了研究,为相关工程设计、施工和科学研究了提供参考。针对天津茱莉亚学院大悬挑单体与连廊之间相互作用复杂、施工阶段与设计阶段内力分布规律差异的问题,本文采用了数值模拟的方法,研究了此种形式结构设计阶段的内力分布规律,并分别研究了不同的整体施工顺序、不同临时支撑布置和卸载顺序和不同的防屈曲支撑安装顺序对结构施工完成后内力分布规律的影响,确定最优的施工顺序。最后对比分析,施工阶段的内力分布相比设计阶段已发生了重分布,以音乐厅轴力为例,16.99%杆件的轴力发生了变号,38.77%杆件超过了设计阶段的内力,仅有35.41%的杆件轴力在设计阶段的安全范围以内,但整体结构的应力控制在安全范围以内。针对施工过程造成的与设计阶段的内力差别是否会影响到结构服役期间静动力性能的问题,本文采用了数值模拟的方法,首先分别探讨施工过程中升温、降温、先升温后降温三种施工工况和服役期间温度荷载对结构静力性能的影响,发现在施工过程中此种结构形式温度逐渐降低对结构后期服役是最为有利的,升温对结构最为不利,即在下半年施工对结构最有利。并研究了考虑初始内力的防屈曲支撑的滞回性能和考虑防屈曲支撑安装顺序在内的施工过程对整体结构抗震性能的影响,发现防屈曲支撑的滞回性能和整体结构的抗震性能均未受到施工过程的影响,所以防屈曲支撑在施工中可以当做普通支撑提前安装。针对数值模拟过于理想化,无法估计现实中的众多影响因素对此种结构形式影响的问题,采用了数值模拟与现场监测相结合的方法,监测结构施工全过程的应力变化,发现结构实际应力与数值模拟的应力趋势是相符合的,但应力绝对值有一定的差距,发现结构柱受施工过程的影响较大,平均应力放大3倍,悬挑部位构件受到的影响次之,平均应力放大了1.7倍。在监测过程中发生了应力的提前卸载现象,数值模拟发现这不会对结构的应力造成大的影响,但对连廊与单体交汇处产生较大负担,最大压应力由39.74MPa增加到195.52MPa,因此在设计时需要对单体与连廊交汇处的节点、结构柱和悬挑端梁柱进行加强。
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