大跨度桁架结构有限元分析

大跨度桁架结构有限元分析

赖志晖

福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩 364000

摘要：随着科学技术的飞速发展，钢管结构在许多工程中得到了应用，并采用了现代分析计算技术，一个合适的执行系统表格。这个本文对钢管长程结构的一些要求和技术进行了探讨和分析，希望能给相关的实践者带来一些理论和实践上的帮助。

关键词：大跨度钢管：结构：施工：安装

在现实生活中这种类型的钢管结构并不少见，由于其自身的特点和优势，很多大型建筑一般都会采用这种结构，同时作为工程建设的主体部分，也来自工程技术人员它是是工程质量的保证，创造或这个现有的大型施工装配程序特别包括：高山法、高山法，地面装配和集成提升程序。本文以某体育场为例，对该结构的相关技术进行了分析和探讨。

1桁架整体分解为多个单元体
桁架整体分解按照可行性、可靠性、安全性、经济性等方面对可能存在的方案进行比较，综合考虑分解后对桁架整体性的影响，起重机械起吊能力的因素，后期单元体连接的可操作性及各个单元体整体性等因素，确定最优分解方案。桁架宜分解在每个单元体整体性较强，且单元体与单元体连接点较少部位，以保证各个单元体受力接近完全卸载后的受力状态及减少后期高空作业量。不宜设置在有重要受力节点的部位。空间管桁架结构通常为三角形断面，与平面管桁架结构相比，它具有较大的跨度，且三角形桁架稳定性好，抗扭转刚度大且外表美观。在不布置或不能布置外支撑的场合，三角形桁架可提供较大的跨度空间。对于小跨度结构可以不布置侧向支撑。近年来，管桁架结构在大跨空间结构中得到了广泛应用，此外，管桁架结构具有节点形式简单、几何特性好、施工简单节省材料、有利防锈与清洁维护、结构流体动力好等优点。
2单元体构件加工制作
在进行构件制作前，需要对设计图纸进行深化，在经设计单位审核同意后，根据详图进行加工制作。桁架构件制作主要为管件的切割和焊接，构件放样过程中，应根据施工图尺寸1:1绘制样板和样杆，用样板和样杆下料过程中，要根据详图中标注的相关尺寸进行预放工作，确保收缩余量和加工余量符合钢结构构件的尺寸要求。某些大空间管桁架由于造型的需要，构件本身需要具有一定弧度，此时应保证其弧度的精度及其矢量偏差，否则可导致出现偏心影响。加工完成后，按照设计要求进行除锈涂装，一般情况下距离安装焊缝30mm-50mm处不作涂装处理。

3大跨度钢桁架结构的设计
3.1柱网布置
布置时应符合工艺设备更新与预期扩建等生产工艺流程要求，如结构基础底部各类管道及结构基础应同柱网布置相匹配。结构方面，柱网布置应使上部结构刚度和强度满足标准，为便于施工，还应采用一致的柱距跨度。在结构设计时，支撑、檩条等构件截面尺寸同柱距直接相关。大尺寸柱距虽能减少地基处理成本，但同时会增加支撑、檀条等材料的使用量。因此，恰当的柱网尺寸应以经济效益最优为目标。支撑胎架安装完成后，进行单元体吊装，吊装一般采用4点吊装，2个主吊点2个辅助吊点，吊点均设置在单元体的上端主弦杆的节点上，吊点位置不另设置吊耳，直接采用捆扎法。为便于单元体的空间角度调节，辅助吊绳上设置一个手拉葫芦，用以调节辅助吊绳的长度，同时单元体的上端设置侧向稳定缆风绳。吊装就位后，先进行临时固定，然后测量桁架上端主弦杆的管口坐标，如有偏差，通过风绳和手拉葫芦进行调节，直至满足设计和规范要求。待调节好后，拉好风绳，并及时进行单元体的固定。按照以上方法依次安装各个单元体并进行单元体的连接。最后至少留设一条合拢缝，待支撑胎架卸载拆除后再进行焊接。
3.2大跨度钢桁架结构以及支撑体系的建立
钢桁架是网架结构在技术领域的发展和延伸。但是，大跨度钢桁架结构除了保留了很多网状结构的特点之外还形成了很多自身的优势和特点。如与传统的网状结构相比，大跨度钢桁架结构减少了一定的用钢量。作为空间体系的典型代表，受力面积，受力点，受力限度以及整体的结构是网状结构所必须考虑的。因而网状结构钢架较为复杂。与网架结构相比，大跨度钢桁架结构省去了下弦纵向杆件和网架的节球点，这使得大跨度钢架结构较网架结构节省了用钢量，间接地节约了经济成本。从力学的角度来看，运用高空三滑道的建筑施工方案，在使用的过程中，滑移在不同的阶段所受到的力的大小也在不停的变化，且变化的幅度范围比较大。为了确保整个建筑施工的完整性和连续性，建立一个相对完善的支撑体系是十分必要的。
3.3杆件截面选取
结构内部各杆件应先确保具有充足的刚度和强度，且要尽可能运输方便、制造简单、协同工作性能强。所以杆件需具有较高的平整表面和高强的轻质性。在实际工程中，根据桁架主管型式，选用相应的杆件截面作为桁架腹杆。在设计钢结构时，受力杆件需符合稳定性等标准，也就是杆件绕两个主轴的稳定性应接近，以确保材料使用充分。圆管或方管可作为桁架结构的拉杆使用，但应确保圆管或方管与主弦杆相贯且焊接牢固，以提升弦杆在平面位置的稳固性。

3.4 滑移技术在高空中的使用
通过对当地环境条件的进一步的考察以及尽量缩短工期，降低建筑成本，更重要的是保证整个施工的安全性和物体在移动过程中的稳定性，我们在施工方案的指定中就提出采用高空三滑道的建筑施工方案，这样这个的施工体系就变成了单项的受力体系，不在是以往的双向的受力体系，对于钢桁架的支撑范围也变成了左、中、右的三点支撑。但是这样的施工方案也会出现一定的问题，在施工的过程中，我们不难发现的是中部的支撑点出现了不稳定的现象，如何解决这一问题又成为了在建筑施工过程中的又一技术性的难题。这就需要在设计的过程中对于相应的腹杆部位加强稳固的设计，使用多个高度不等的滑轮托座对支撑钢桁架进行进一步的支撑，并且使用拉杆，特别是在滑移方向位置，对于中部的支撑点进行进一步的支撑。
3.5吊装质量保证措施
严格按设计要求进行焊缝尺寸控制，不任意加大或减小焊缝的高度和宽度。
采用小热输入量，小焊道，多道多层焊接方法以减少收缩量。
拼装焊接时构件预留收缩余量，分段（块）矫正构件，控制好拼装块的焊接变形。
拼装焊接时，实施多人对称反向焊接，最大限度减少焊接变形。
拼装焊接时构件预留收缩余量，分段（块）矫正构件，控制好拼装块的焊接变形。
焊接时应根据杆件的对称布置的特点，选好自由端，避免由焊接误差的累积而造成过大的内力。
提高构件制作精度，构件长度按正偏差验收。
对跨距、中心线及位移、标高、起拱度的测量，利用钢尺、经纬仪器、水准仪、全站仪进行精确测量，及时发现并纠正可能出现的位置偏差，确保整体拼装精度。
3.6钢桁架的卸载技术
钢桁架的卸载一直以来都是钢结构建筑中的重要过程和关注部分，但是，绝不能因为对于施工过程中的过分关注而忽略了钢桁架的卸载部分，钢桁架的卸载技术一直以来都是人们关注和讨论的焦点问题。对于卸载工程的实施应当分区、分步骤的进行，并且在卸载之前制定一个细致的、完整的卸载方案，卸载的具体步骤应当是中部先分级卸载20mm~50mm，随后边滑道分级卸载20mm~50mm，在两个步骤都完成之后将整体卸载下来。

结语
　　综上所述，大跨度钢管桁架结构的施工技术，可以广泛灵活的应用到各种场合，本文就该体育场的的施工难点、钢管桁架拱现场安装以及安装施工的主要技术点等进行讨论与分析。为以后大型设备安装等提供了一定的借鉴。
　　参考文献
　　[1]冶金工业部建筑研究院.GS 50205-2001钢结构工程质量验收规范l5].北京:中国计划出版社,2018
　　[2]北京交通大学隧道与岩土工程研究所CECS 147:2004加筋水泥土桩锚支护技术规程[S].北京:2018.