84 米跨环形桁架钢结构安装卸载的数字化模拟分析

目前国内对于结构卸载施工验算，主要有两种方法：一是以卸载支承点反力为对象；二是以卸载支承点位移值为对象。

重庆市南川区大观园乡村旅游综合服务示范区项目，使用通用有限元计算软件SAP2000 分别以上述两种方法对卸载施工全过程模拟分析，通过多方案计算对比制定科学的卸载方案，给出卸载步数、卸载量程、支点反力、结构应力等一些动态的量化指标，分阶段提供钢结构卸载验收指标[1]。

1.工程概况

本案例为重庆市南川区大观园乡村旅游综合服务示范区项目，该项目整体结构为钢框架-钢桁架结构，钢结构工程量8400t，由不同圆心的内外圆共同组成内外圆环桁架，内环半径45m，外环半径67m，矢高6.5m～10m，最大跨度达84m，因采用“搭设临时支架，高空原位拼装”的方法进行钢结构安装，安装完毕后需进行卸载并拆除支架。本工程建筑高度为12.650m，局部地下二层，地上二层，依山而建，工程中部保留一座原始地貌的小山丘，见图1。

图1 工程整体照片

2.卸载方案的确定

本工程使用通用有限元计算软件SAP2000 对全过程卸载施工模拟分析，控制结构在施工卸荷过程中的结构变形、杆件应力，通过多方案计算对比制定科学的卸载方案，给出卸载量程、支点反力等一些动态的量化指标，分阶段提供钢结构卸载验收指标，用于指导实际施工[2]。

考虑到本工程卸载过程中水平侧向位移释放，同时采取保护限位措施，仅约束竖向位移，其临时支撑点Z向反力数据见图2。

图2 临时支撑点Z 向反力图

3.卸载过程及模拟计算

3.1 卸载第一阶段

图3 第一阶段位移图

图4 第一阶段应力比图

同步等距分级卸载第一阶段计算数据如表1 所示。

表1 计算数据汇总表

3.2 卸载第二阶段

图5 第二阶段位移图

图6 第二阶段应力比图

同步等距分级卸载第二阶段计算数据如表2 所示。

表2 计算数据汇总表

3.3 卸载第三阶段

图7 第三阶段位移图

图8 第三阶段应力比图

同步等距分级卸载第三阶段计算数据如表3 所示。

表3 计算数据汇总表

3.4 卸载第四阶段

图9 第四阶段位移图

图10 第四阶段应力比图

同步等距分级卸载第四阶段计算数据如表4 所示。

表4 计算数据汇总表

3.5 卸载第五阶段

图11 第五阶段位移图

图12 第五阶段应力比图

同步等距分级卸载第五阶段计算数据如表5 所示。

表5 计算数据汇总表

3.6 卸载第六阶段

图13 第六阶段位移图

图14 第六阶段应力比图

同步等距分级卸载第六阶段计算数据如表6 所示。

表6 计算数据汇总表

续表6

4.结论

（1）由计算可知，卸载过程中各个支撑点挠度值并未随卸载值变化而变化，而是挠度值由跨中向边跨呈递减状态；（2）卸载第一阶段，位于边跨的外环支撑点“WHZJ5、WHZJ6、WHZJ10、WHZJ11”以及边跨内环支撑点“NHZJ5、NHZJ6、NHZJ7、NHZJ9、NHZJ10、NHZJ11”反力已为0，支架已处于不受力状态，可以拆除；（3）卸载第二阶段，除外环支撑点WHZJ8 以及内环支撑点NHZJ8，其余支撑点反力均为0，支架已处于不受力状态，可以拆除，此时外环支撑点WHZJ8 以及内环支撑点NHZJ8 为主要受力支架，其中以外环支撑点WHZJ8 反力最大；（4）从卸载第三阶段起，外环支撑点WHZJ8 以及内环支撑点NHZJ8 反力逐渐变小，该支撑点处挠度值也逐渐变大；（5）卸载第四阶段时，内环支撑点NHZJ8 反力为0，该处支架可以拆除；（6）卸载第六阶段时，外环支撑点WHZJ8 反力为0，该处支架可以拆除，此时各个支撑点挠度值与最终挠度计算值吻合，且各点挠度值均不超过设计提供的挠度控制值，卸载完成；（7）在整个卸载过程中内力变化较平稳，应力比最大值由0.5向0.7变化，均未超过0.7，在规范及设计要求控制范围内。