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          鋼結構施工過(guò)程時(shí)變分析及控制關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應用

          點(diǎn)擊量:1423發(fā)表時(shí)間:2020-12-09 03:29:51

          清華大學(xué)教授、博士生導師郭彥林做為第一完成人的科研成果——《復雜鋼結構施工過(guò)程時(shí)變分析及控制關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應用》獲得2011年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(通用項目)二等獎。我國著(zhù)名鋼結構專(zhuān)家蔡益燕曾說(shuō):“郭彥林在鋼結構方面的創(chuàng )新項目很多,創(chuàng )新程度也很高,他參與了國家體育場(chǎng)、廣州新電視塔等工程的研究工作,并將在工程中所遇到的技術(shù)難題上升到理論的高度進(jìn)行擴展性研究?!?988年即開(kāi)始執教的郭彥林已經(jīng)桃李滿(mǎn)天下,他的學(xué)生當中有企業(yè)的總經(jīng)理或總工程師,也有行業(yè)主管部門(mén)的工作人員,最重要的是,他們都活躍在目前的鋼結構行業(yè),與他們的老師郭彥林一起為我國成為鋼結構強國在不懈地努力。本報將分兩次刊登獲得2011年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(通用項目)二等獎的《復雜鋼結構施工過(guò)程時(shí)變分析及控制關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應用》一文,敬請關(guān)注?!幷?/p>

          施工力學(xué)計算理論與施工控制技術(shù)是與大型復雜鋼結構工程建設同步發(fā)展的。目前,世界上已建成或在建的大型復雜鋼結構工程項目主要集中在中國,其施工力學(xué)計算理論與施工控制技術(shù)一直是工程建設要解決的關(guān)鍵難題?!稄碗s鋼結構施工過(guò)程時(shí)變分析及控制關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應用》課題組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)課題組)在我國大型復雜鋼結構工程項目的施工技術(shù)研究與應用過(guò)程中,逐步建立和完善了復雜鋼結構施工過(guò)程一體化協(xié)同時(shí)變分析系統及計算理論,解決了施工時(shí)變結構“形”與“力”控制的關(guān)鍵技術(shù)難題,推動(dòng)了我國復雜鋼結構施工力學(xué)計算理論與施工控制技術(shù)的跨越式發(fā)展。

          一、復雜鋼結構施工過(guò)程一體化協(xié)同時(shí)變分析系統的建立與應用

          針對以往在施工過(guò)程仿真計算中割裂了施工的連續性及施工體系各部分之間的相互作用等問(wèn)題,我們建立了復雜鋼結構施工過(guò)程一體化協(xié)同時(shí)變分析系統及計算理論。通過(guò)集成生死單元等現有技術(shù)和課題組創(chuàng )立的狀態(tài)非線(xiàn)性求解技術(shù)、索滑輪自適應算法、千斤頂——接觸單元、逐點(diǎn)去約束找形法等新技術(shù),融合了施工過(guò)程中永久性構件的逐步安裝、臨時(shí)支撐的裝配與拆除、施工臨時(shí)荷載的出現與消失、溫度與風(fēng)荷載的作用等,能夠真實(shí)地反映結構安裝、邊界條件、荷載作用以及材料性能的時(shí)變性;尤其善于精確分析時(shí)間與空間域上施工體系的演變,準確計算施工體系各部分之間的相互作用,精準把握施工成型過(guò)程中結構的內力和位形的連續變化與非線(xiàn)性累積過(guò)程。

          課題組針對施工路徑及施工變形發(fā)展過(guò)程特別復雜的結構,建立了其施工過(guò)程三維動(dòng)態(tài)變形預調值計算的多階段綜合迭代法,有效地解決了央視新址主樓與廣東省博物館新館變形預調值計算難題。

          在將數字模擬計算技術(shù)有效地整合到結構整體提升、整體落架、整體滑移、整體張拉及整體起扳等新施工技術(shù)中,我們建立了準確評估施工方案和施工過(guò)程結構安全的數字化及信息應用技術(shù)。

          在整體提升施工技術(shù)中,形成了提升體系安全保障機制,預防了設計狀態(tài)和提升狀態(tài)受力情況不同引起提升結構及胎架的潛在破壞風(fēng)險;形成了提升力的合理分配機制,可自動(dòng)控制提升總重量在結構柱及提升胎架之間的復雜分配關(guān)系;形成了全程時(shí)變控制機制,實(shí)現了對提升結構“脫離胎架——提升——合龍——落架”等提升環(huán)節數字模擬分析的“無(wú)縫連接”,揭示了提升結構體系與支承結構體系之間的復雜相互作用機理,并且能夠在一個(gè)整體有限元分析模型中實(shí)現提升點(diǎn)位移不同步、提升過(guò)程中碰撞、斷索等特殊情況以及風(fēng)荷載、溫度作用等荷載工況的自動(dòng)分析與評估。

          在整體滑移施工技術(shù)中準確實(shí)現了對滑移結構與滑移支承體系之間在不同位置、不同施工步的相互作用力的主動(dòng)控制;在整體落架施工技術(shù)中,實(shí)現了對結構與胎架之間接觸——脫離——再接觸以及相互錯動(dòng)等作用的精確分析,解決了以往采用支座位移法分析的失真問(wèn)題;在張拉結構整體張拉施工技術(shù)方面,實(shí)現了初始預應力態(tài)找形分析、張拉過(guò)程分析及使用期間作用效應分析的無(wú)縫連接,彌補了索結構針對大位移、復雜邊界條件轉變的計算技術(shù)缺陷;為適應巨型鋼拱、巨型環(huán)狀鋼結構安裝的需要,我們提出了一套完善的自適應整體起扳施工方案及一體化建模協(xié)同時(shí)變分析技術(shù);提出了施工過(guò)程結構分析的狀態(tài)非線(xiàn)性求解技術(shù)、動(dòng)態(tài)位形求解技術(shù)、逐點(diǎn)去約束找形分析方法、結構吊裝的擬滑輪與可動(dòng)索滑輪單元新技術(shù)等,建立了基于時(shí)變分析的施工方案優(yōu)化技術(shù),有效地解決了施工過(guò)程時(shí)變結構內力和位形的非線(xiàn)性變化及累積的模擬分析難題。(待續)


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