大跨鋼結構施(shi)工(gong)過程(cheng)的復雜性(xing)決定了(le)施(shi)工(gong)力(li)學(xue)分(fen)析的必(bi)要性(xing)。我(wo)們系統(tong)地梳(shu)理了(le)施(shi)工(gong)模擬普遍遇到(dao)的難點，以及當前的解決方(fang)法(fa)，指(zhi)出了(le)尚需研究的若干問題。

近些年(nian)隨著經濟水平的發展(zhan)，建(jian)筑形式呈(cheng)現出多樣化的發展(zhan)趨(qu)勢，為了追求強烈的建(jian)筑效(xiao)果，以及實現一些特殊的建(jian)筑功能(neng)，愈來愈多的建(jian)筑突破原有(you)模式而日趨(qu)復雜，這對結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)施(shi)(shi)工(gong)與跟蹤模擬帶來挑戰。在施(shi)(shi)工(gong)過程中，空間結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)從無到(dao)有(you)、從單(dan)根桿(gan)件(jian)到(dao)局部成形再到(dao)完整(zheng)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)，整(zheng)個體(ti)系的形態、荷載、邊(bian)界(jie)條件(jian)不斷(duan)變(bian)化，呈(cheng)現出結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)時變(bian)、材(cai)料時變(bian)和(he)邊(bian)界(jie)時變(bian)的特性，其“路徑”和(he)“時間”效(xiao)應直接(jie)影響施(shi)(shi)工(gong)階段及使用階段結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的受力性能(neng)。

大(da)跨(kua)鋼結(jie)構(gou)(gou)施工(gong)過程(cheng)(cheng)的(de)(de)時變性要求設計者不(bu)但要考慮設計結(jie)構(gou)(gou)本身，同(tong)時需要研究(jiu)不(bu)同(tong)施工(gong)階段內力與(yu)變形的(de)(de)相(xiang)互影響(xiang)，對(dui)施工(gong)過程(cheng)(cheng)中結(jie)構(gou)(gou)及(ji)工(gong)程(cheng)(cheng)介質的(de)(de)分析，形成了(le)與(yu)工(gong)程(cheng)(cheng)建設密切相(xiang)關(guan)的(de)(de)新的(de)(de)工(gong)程(cheng)(cheng)力學(xue)(xue)學(xue)(xue)科分支(zhi)——施工(gong)力學(xue)(xue)。施工(gong)力學(xue)(xue)是(shi)力學(xue)(xue)理(li)論與(yu)土木工(gong)程(cheng)(cheng)學(xue)(xue)科相(xiang)結(jie)合的(de)(de)產物，研究(jiu)的(de)(de)對(dui)象為(wei)施工(gong)過程(cheng)(cheng)中不(bu)斷(duan)變化(hua)的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)系統，包括結(jie)構(gou)(gou)內部參數(shu)(如幾何形狀(zhuang)(zhuang)、物理(li)特(te)性、邊界狀(zhuang)(zhuang)態(tai)等)以及(ji)外部參數(shu)(如施加的(de)(de)荷(he)載、環境溫度(du))，因此(ci)施工(gong)力學(xue)(xue)是(shi)以物性為(wei)基(ji)礎，耦(ou)合了(le)時間(jian)(jian)與(yu)空間(jian)(jian)的(de)(de)多維力學(xue)(xue)問題。

大跨鋼結構施工(gong)分析必(bi)要性與目(mu)標(biao)

隨著經濟(ji)的(de)發(fa)展(zhan)，工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)建(jian)設進(jin)一步向大(da)型化(hua)、復(fu)雜(za)化(hua)發(fa)展(zhan)，建(jian)成(cheng)了一批體型復(fu)雜(za)的(de)大(da)跨鋼結(jie)構(gou)(gou)(gou)或混合結(jie)構(gou)(gou)(gou)，如中央(yang)電視臺新臺址主樓、西班牙馬(ma)德里“歐洲之門”雙斜塔(ta)、浦東機場(chang)航站樓、大(da)劇院、體育場(chang)鳥(niao)巢等(deng)。這(zhe)些復(fu)雜(za)建(jian)筑的(de)幾何、材料和(he)邊界等(deng)條件(jian)在施(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)過(guo)程(cheng)中往往存在著劇烈的(de)變化(hua)，竣(jun)工(gong)(gong)(gong)(gong)時荷載作用下(xia)所產生(sheng)的(de)內(nei)力和(he)變形(xing)由(you)各施(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)步效應(ying)依次累積而(er)成(cheng)，其終的(de)大(da)小與(yu)分(fen)布規律與(yu)實際(ji)施(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)過(guo)程(cheng)密切相關。同(tong)時，在結(jie)構(gou)(gou)(gou)建(jian)造的(de)某些階段，需要增加支(zhi)(zhi)持體系與(yu)可(ke)變結(jie)構(gou)(gou)(gou)組成(cheng)一個共同(tong)工(gong)(gong)(gong)(gong)作的(de)系統，這(zhe)時支(zhi)(zhi)持系統的(de)支(zhi)(zhi)撐與(yu)拆(chai)卸影(ying)(ying)響到整(zheng)個結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)作用效應(ying)，因此(ci)若(ruo)不考慮施(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)過(guo)程(cheng)的(de)影(ying)(ying)響而(er)采用一次成(cheng)形(xing)的(de)設計(ji)方法，就會與(yu)實際(ji)情況(kuang)產生(sheng)差別，對(dui)大(da)型復(fu)雜(za)結(jie)構(gou)(gou)(gou)而(er)言尤為明顯，可(ke)能(neng)會在施(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)過(guo)程(cheng)中由(you)于(yu)部分(fen)結(jie)構(gou)(gou)(gou)強度(du)(du)破壞、剛度(du)(du)退化(hua)或穩定(ding)性(xing)失(shi)效造成(cheng)整(zheng)個結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)坍塌，也可(ke)能(neng)會使(shi)竣(jun)工(gong)(gong)(gong)(gong)狀態下(xia)的(de)結(jie)構(gou)(gou)(gou)內(nei)力或變形(xing)未達到設計(ji)狀態的(de)合理要求，而(er)造成(cheng)較低的(de)安全儲備。

據有(you)關部門的(de)不完(wan)全統計，在我國(guo)有(you)大約三分(fen)之二以上的(de)工程結(jie)構倒塌事故(gu)發生(sheng)在施(shi)(shi)工期間，究其原因，設計時未(wei)考慮施(shi)(shi)工過(guo)程的(de)復(fu)雜性，未(wei)進行施(shi)(shi)工過(guo)程分(fen)析占了很大比(bi)例，傳(chuan)統的(de)施(shi)(shi)工方式(shi)越(yue)來越(yue)不能適(shi)應建(jian)筑結(jie)構發展的(de)需要。

時(shi)(shi)(shi)變(bian)(bian)結(jie)構(gou)可分(fen)為三種工(gong)作(zuo)狀態：快(kuai)速(su)(su)時(shi)(shi)(shi)變(bian)(bian)結(jie)構(gou)力(li)學、慢速(su)(su)時(shi)(shi)(shi)變(bian)(bian)結(jie)構(gou)力(li)學、超慢速(su)(su)時(shi)(shi)(shi)變(bian)(bian)結(jie)構(gou)力(li)學。施工(gong)力(li)學屬于慢速(su)(su)時(shi)(shi)(shi)變(bian)(bian)力(li)學范(fan)疇，可以采用離(li)散時(shi)(shi)(shi)間凍結(jie)來(lai)近似處理，把施工(gong)狀態當(dang)作(zuo)一序列時(shi)(shi)(shi)不變(bian)(bian)結(jie)構(gou)進行(xing)靜(jing)力(li)或(huo)動力(li)分(fen)析，在每個狀態中不考慮結(jie)構(gou)的(de)變(bian)(bian)化來(lai)分(fen)析結(jie)構(gou)的(de)強度(du)、剛度(du)和穩定性。

目前，國內(nei)外(wai)很(hen)多學者對(dui)建筑(zhu)結(jie)構施工力學問題(ti)進行(xing)了大量研究，初步確立了施工力學分析的(de)(de)總體目標：一(yi)、對(dui)施工各階段的(de)(de)內(nei)力、變(bian)形予(yu)以跟蹤分析，保證(zheng)結(jie)構施工階段的(de)(de)承載(zai)力與穩定性。二、將考慮施工過(guo)程的(de)(de)成型狀(zhuang)態(tai)和設(she)計狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)內(nei)力與變(bian)形進行(xing)對(dui)比分析，評估施工過(guo)程對(dui)結(jie)構終狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)影響(xiang)，優化施工方案(an)，保證(zheng)結(jie)構在(zai)使用中的(de)(de)安(an)全性。

施工過程模擬(ni)分析的難點(dian)

在結構力(li)學分(fen)析(xi)中，根據形成原因(yin)可(ke)分(fen)為三大類非線性(xing)：材(cai)料非線性(xing)、幾何非線性(xing)和狀態非線性(xing)。施(shi)(shi)工(gong)過程(cheng)中鋼材(cai)的性(xing)能(neng)基本不會變化，且施(shi)(shi)工(gong)過程(cheng)中材(cai)料通常(chang)處(chu)于(yu)彈(dan)性(xing)階段，因(yin)此施(shi)(shi)工(gong)模擬可(ke)不考慮材(cai)料非線性(xing)的影響。

施(shi)工(gong)過程(cheng)(cheng)中(zhong)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)受力(li)特點是，整(zheng)個結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)幾何(he)形態(tai)(tai)、剛(gang)度及其荷(he)載(zai)和邊(bian)界(jie)條件(jian)按一(yi)定的(de)(de)次序先(xian)后形成。建造過程(cheng)(cheng)中(zhong)已裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)上(shang)所承受的(de)(de)荷(he)載(zai)，不可能在(zai)未裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)上(shang)產生影(ying)響，已裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)相對于(yu)新(xin)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)來講具有(you)某種初(chu)變(bian)形和初(chu)內力(li)，而后裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)將影(ying)響已有(you)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)受力(li)狀態(tai)(tai)，新(xin)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)構(gou)(gou)件(jian)和新(xin)加(jia)荷(he)載(zai)一(yi)旦形成，結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)受力(li)狀態(tai)(tai)及剛(gang)度將隨之改變(bian)。整(zheng)個施(shi)工(gong)過程(cheng)(cheng)需經歷一(yi)系列準結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)狀態(tai)(tai)才能達到竣工(gong)狀態(tai)(tai)，期間(jian)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)受力(li)狀態(tai)(tai)、剛(gang)度與時間(jian)(施(shi)工(gong)步驟(zou))在(zai)某種程(cheng)(cheng)度上(shang)表現出了一(yi)定的(de)(de)非線(xian)性(xing)(xing)(xing)關系，稱之為狀態(tai)(tai)非線(xian)性(xing)(xing)(xing)。伴隨著施(shi)工(gong)步驟(zou)的(de)(de)進行，結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)中(zhong)的(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)往往會發生較(jiao)(jiao)大的(de)(de)位移但應(ying)(ying)變(bian)仍然較(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)，即發生大位移小(xiao)(xiao)應(ying)(ying)變(bian)的(de)(de)幾何(he)非線(xian)性(xing)(xing)(xing)現象(xiang)，所以施(shi)工(gong)力(li)學分析(xi)中(zhong)應(ying)(ying)考慮幾何(he)與狀態(tai)(tai)兩大非線(xian)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)耦(ou)合效應(ying)(ying)。

鑒(jian)于此(ci)施(shi)工(gong)過(guo)程(cheng)模(mo)擬(ni)(ni)的(de)難(nan)點可(ke)(ke)(ke)能存在于：與(yu)(yu)狀(zhuang)態非線性(xing)(xing)(xing)相伴的(de)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)幾何構(gou)(gou)(gou)(gou)型(xing)及體(ti)系變(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)模(mo)擬(ni)(ni)——施(shi)工(gong)過(guo)程(cheng)不僅存在結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)構(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)的(de)增刪，而(er)且由(you)于各階(jie)段可(ke)(ke)(ke)能存在的(de)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)可(ke)(ke)(ke)變(bian)(bian)(bian)(bian)性(xing)(xing)(xing)，往往需要臨時支撐(cheng)的(de)安(an)裝和隨后(hou)的(de)拆卸。研究對(dui)象的(de)可(ke)(ke)(ke)變(bian)(bian)(bian)(bian)性(xing)(xing)(xing)導致求解域(yu)的(de)可(ke)(ke)(ke)變(bian)(bian)(bian)(bian)性(xing)(xing)(xing)，加之結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)受力(li)性(xing)(xing)(xing)能的(de)可(ke)(ke)(ke)變(bian)(bian)(bian)(bian)，導致方(fang)程(cheng)的(de)建立與(yu)(yu)時變(bian)(bian)(bian)(bian)域(yu)的(de)求解困難(nan)。結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)剛度(du)變(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)模(mo)擬(ni)(ni)——結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)剛度(du)的(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化主要表現在構(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)數量變(bian)(bian)(bian)(bian)化與(yu)(yu)初始預應力(li)變(bian)(bian)(bian)(bian)化兩個方(fang)面(mian)。構(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)的(de)增加與(yu)(yu)減少與(yu)(yu)幾何構(gou)(gou)(gou)(gou)型(xing)及體(ti)系密切相關;初始預應力(li)的(de)施(shi)加前后(hou)直接改變(bian)(bian)(bian)(bian)了結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)剛度(du)的(de)大小及應力(li)應變(bian)(bian)(bian)(bian)分布，進而(er)改變(bian)(bian)(bian)(bian)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)受力(li)狀(zhuang)態。結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)邊界條件(jian)變(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)模(mo)擬(ni)(ni)——施(shi)工(gong)過(guo)程(cheng)的(de)動態性(xing)(xing)(xing)，決定(ding)了其邊界條件(jian)的(de)多變(bian)(bian)(bian)(bian)性(xing)(xing)(xing)，包括邊界位置(zhi)的(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化與(yu)(yu)邊界約(yue)束(shu)形式的(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化以及在施(shi)工(gong)的(de)前后(hou)兩階(jie)段邊界的(de)約(yue)束(shu)、釋放(fang)、再(zai)約(yue)束(shu)。

施工過程(cheng)模擬分析中的若干問(wen)題(ti)

“生(sheng)死(si)”單元(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)漂移(yi)(yi)——目前(qian)很多大型商(shang)用計算軟件(jian)利用單元(yuan)(yuan)(yuan)生(sheng)死(si)技術來(lai)實現對(dui)(dui)時(shi)(shi)變(bian)(bian)域的(de)(de)(de)(de)(de)求(qiu)解(jie)。通過(guo)“殺(sha)(sha)死(si)”或“激活(huo)”選擇(ze)的(de)(de)(de)(de)(de)單元(yuan)(yuan)(yuan)來(lai)模擬(ni)有(you)限元(yuan)(yuan)(yuan)模型中構(gou)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)刪除(chu)與添加(jia)。其一(yi)(yi)般(ban)步驟為(wei)：1)一(yi)(yi)次性建(jian)(jian)立結構(gou)整體模型，如有(you)支(zhi)撐構(gou)件(jian)，必要時(shi)(shi)應(ying)一(yi)(yi)并建(jian)(jian)模。2)將(jiang)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)過(guo)程分為(wei)N個階(jie)段，劃分的(de)(de)(de)(de)(de)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)階(jie)段必須(xu)足以反映(ying)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)(de)主要變(bian)(bian)化(hua)。3)殺(sha)(sha)死(si)所(suo)有(you)單元(yuan)(yuan)(yuan)，按施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)步驟依(yi)次激活(huo)相應(ying)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)步內的(de)(de)(de)(de)(de)構(gou)件(jian)，并施(shi)(shi)(shi)(shi)加(jia)對(dui)(dui)應(ying)階(jie)段的(de)(de)(de)(de)(de)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)荷(he)載(zai)(包(bao)括邊界條件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)改變(bian)(bian))。4)按施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)步驟終“激活(huo)” 所(suo)有(you)單元(yuan)(yuan)(yuan)，實現整個施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)力學模擬(ni)。至此各階(jie)段施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)步內力與變(bian)(bian)形等數值求(qiu)解(jie)完(wan)畢。采用單元(yuan)(yuan)(yuan)“生(sheng)死(si)”法模擬(ni)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)過(guo)程時(shi)(shi)，因“死(si)”單元(yuan)(yuan)(yuan)剛度(du)矩(ju)陣的(de)(de)(de)(de)(de)小化(hua) (一(yi)(yi)般(ban)為(wei)10-6)，導(dao)致(zhi)“死(si)”單元(yuan)(yuan)(yuan)產(chan)生(sheng)漂移(yi)(yi)現象，使得(de)再(zai)“激活(huo)”時(shi)(shi)下一(yi)(yi)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)階(jie)段內的(de)(de)(de)(de)(de)構(gou)件(jian)位形可能遠偏離設計狀態位形，一(yi)(yi)者(zhe)(zhe)使得(de)施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)(gong)模擬(ni)結果沒有(you)實際意義;二者(zhe)(zhe)“漂移(yi)(yi)”現象的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)經(jing)常(chang)會使得(de)結構(gou)剛度(du)矩(ju)陣的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)度(du)病(bing)態而導(dao)致(zhi)求(qiu)解(jie)失敗。

力學分析(xi)中，建立剛度(du)矩(ju)陣方程(cheng)一(yi)般采用(yong)拉格朗日列式來描(miao)述物(wu)體的(de)(de)運動(dong)，此時涉(she)及(ji)到新增(zeng)桿件(jian)的(de)(de)重(zhong)新定位(wei)問題，建筑工(gong)程(cheng)施(shi)(shi)工(gong)過程(cheng)中，節點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)坐標(biao)是動(dong)態變化的(de)(de)，新增(zeng)節點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)坐標(biao)的(de)(de)定位(wei)必須以(yi)(yi)當(dang)前結(jie)構(gou)(gou)分析(xi)所得(de)的(de)(de)狀(zhuang)態參量(liang)為標(biao)準(zhun)，對(dui)應(ying)于(yu)一(yi)般大型(xing)軟件(jian)施(shi)(shi)工(gong)力學耦合幾何非線(xian)性的(de)(de)U.L描(miao)述法。新增(zeng)構(gou)(gou)件(jian)應(ying)基于(yu)兩個基準(zhun)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)予以(yi)(yi)安(an)裝：一(yi)是與已(yi)安(an)裝結(jie)構(gou)(gou)連(lian)接(jie)的(de)(de)公共節點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)應(ying)以(yi)(yi)已(yi)安(an)裝結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)當(dang)前位(wei)形(xing)為安(an)裝基準(zhun)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian);二(er)是未與已(yi)安(an)裝結(jie)構(gou)(gou)連(lian)接(jie)的(de)(de)節點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，張其林在分析(xi)大跨(kua)懸臂預應(ying)力鋼結(jie)構(gou)(gou)時借鑒(jian)橋(qiao)梁施(shi)(shi)工(gong)中通(tong)常的(de)(de)3種定位(wei)原則提出新的(de)(de)節點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)坐標(biao)理(li)論(lun)，這3種定位(wei)原則時在橋(qiao)梁工(gong)程(cheng)中較為普遍，并(bing)且符(fu)合生死單元法中安(an)裝構(gou)(gou)件(jian)在“漂移”位(wei)形(xing)上被激活的(de)(de)條件(jian)，因此可直接(jie)用(yong)于(yu)施(shi)(shi)工(gong)模擬中，但大多時候情況下，按已(yi)安(an)裝構(gou)(gou)件(jian)切線(xian)方向延長(chang)線(xian)和構(gou)(gou)件(jian)設計長(chang)度(du)來確(que)定安(an)裝位(wei)形(xing)是麻(ma)煩的(de)(de)，特別是復雜(za)鋼結(jie)構(gou)(gou)工(gong)程(cheng)中不(bu)易實(shi)現。

大(da)(da)(da)跨(kua)剛性鋼結(jie)構(gou)施工預(yu)變(bian)形(xing)(xing)(xing)的(de)(de)確(que)(que)定——因受結(jie)構(gou)安裝過程及施工荷載的(de)(de)影(ying)響(xiang)，實(shi)際成形(xing)(xing)(xing)后的(de)(de)結(jie)構(gou)均會與設計位形(xing)(xing)(xing)產生一定差(cha)別(bie)。很久以(yi)來，人們(men)已(yi)知道桁架拼裝要(yao)預(yu)起拱，但(dan)對大(da)(da)(da)跨(kua)鋼結(jie)構(gou)而言，因跨(kua)度較大(da)(da)(da)，體型(xing)復(fu)雜，受P-Delta效應等非線(xian)性影(ying)響(xiang)較大(da)(da)(da)，必須通過力學模擬來確(que)(que)定結(jie)構(gou)的(de)(de)預(yu)變(bian)形(xing)(xing)(xing)值(zhi)以(yi)消除施工變(bian)形(xing)(xing)(xing)帶來的(de)(de)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)，否則可能會影(ying)響(xiang)結(jie)構(gou)外(wai)觀形(xing)(xing)(xing)狀和使用功能，嚴重時更(geng)會影(ying)響(xiang)到結(jie)構(gou)安全性。

復雜鋼(gang)結(jie)(jie)構竣工狀(zhuang)態的位(wei)形直接與施工過程(cheng)息(xi)息(xi)相關，這(zhe)也決定了預變(bian)形分(fen)(fen)析的復雜性(xing)。現階(jie)段(duan)復雜剛性(xing)鋼(gang)結(jie)(jie)構預變(bian)形的計(ji)(ji)算方(fang)(fang)法(fa)(fa)主要(yao)分(fen)(fen)為(wei)：一般迭(die)代(dai)(dai)(dai)法(fa)(fa)、正裝迭(die)代(dai)(dai)(dai)法(fa)(fa)、倒拆迭(die)代(dai)(dai)(dai)法(fa)(fa)、分(fen)(fen)階(jie)段(duan)綜合迭(die)代(dai)(dai)(dai)法(fa)(fa)和局部位(wei)形約束正裝迭(die)代(dai)(dai)(dai)法(fa)(fa)。預變(bian)形的確定是以(yi)施工過程(cheng)模擬為(wei)基礎的，除(chu)了一般迭(die)代(dai)(dai)(dai)法(fa)(fa)外，其余三種方(fang)(fang)法(fa)(fa)在計(ji)(ji)算手段(duan)上(shang)均采(cai)用了單元生死技術或其改進方(fang)(fang)法(fa)(fa)來(lai)進行分(fen)(fen)析計(ji)(ji)算。

施工(gong)(gong)階段的(de)(de)預(yu)變形(xing)(xing)分(fen)析不僅應考(kao)慮(lv)(lv)構(gou)(gou)件(jian)(jian)在(zai)施工(gong)(gong)荷載、自重作(zuo)用(yong)下的(de)(de)形(xing)(xing)變，隨著(zhu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)體型的(de)(de)加大(da)，施工(gong)(gong)工(gong)(gong)期的(de)(de)延長，溫(wen)度(du)(du)(du)(du)效(xiao)應愈發明(ming)顯。當前柔(rou)性構(gou)(gou)件(jian)(jian)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)效(xiao)應被人們(men)關注，認為溫(wen)度(du)(du)(du)(du)作(zuo)用(yong)對(dui)(dui)剛柔(rou)性結(jie)(jie)構(gou)(gou)預(yu)變形(xing)(xing)的(de)(de)確定(ding)不可忽略。對(dui)(dui)全剛性結(jie)(jie)構(gou)(gou)預(yu)變形(xing)(xing)分(fen)析較少(shao)考(kao)慮(lv)(lv)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)，有資料顯示在(zai)夏日(ri)日(ri)照條(tiao)件(jian)(jian)下鋼(gang)(gang)拱的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)應力可以(yi)達到(dao)鋼(gang)(gang)材強度(du)(du)(du)(du)設計值的(de)(de)30%以(yi)上，可見有必(bi)要依(yi)據施工(gong)(gong)進度(du)(du)(du)(du)在(zai)常規荷載的(de)(de)基礎(chu)上引入溫(wen)度(du)(du)(du)(du)作(zuo)用(yong)，研(yan)(yan)究環境溫(wen)度(du)(du)(du)(du)對(dui)(dui)結(jie)(jie)構(gou)(gou)不同區域(yu)和安(an)(an)裝構(gou)(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)影響(xiang)，進而得出構(gou)(gou)件(jian)(jian)預(yu)變形(xing)(xing)和安(an)(an)裝時機。范重、王酩等進行(xing)了(le)體育場合(he)龍溫(wen)度(du)(du)(du)(du)研(yan)(yan)究，強調了(le)關鍵施工(gong)(gong)階段環境溫(wen)度(du)(du)(du)(du)對(dui)(dui)結(jie)(jie)構(gou)(gou)合(he)龍的(de)(de)影響(xiang)。

大跨(kua)鋼結構(gou)體型復(fu)雜，結構(gou)有(you)主次之分，施工有(you)先后之別，環境溫度隨不同區域存在差異，只有(you)保證分析(xi)過(guo)程(cheng)(cheng)與施工過(guo)程(cheng)(cheng)高度吻(wen)合，預變形分析(xi)才能準確。

建(jian)筑(zhu)索(suo)(suo)結(jie)構(gou)(gou)(gou)找(zhao)形分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)及(ji)預(yu)應力(li)(li)張拉(la)控(kong)制(zhi)——根據(ju)建(jian)筑(zhu)索(suo)(suo)結(jie)構(gou)(gou)(gou)近年來的(de)(de)發展，按其(qi)組成(cheng)和受(shou)力(li)(li)特點可分(fen)為：懸索(suo)(suo)結(jie)構(gou)(gou)(gou)、管內(nei)預(yu)應力(li)(li)結(jie)構(gou)(gou)(gou)、張弦(xian)結(jie)構(gou)(gou)(gou)、拉(la)索(suo)(suo)結(jie)構(gou)(gou)(gou)、斜(xie)拉(la)結(jie)構(gou)(gou)(gou)、索(suo)(suo)拱結(jie)構(gou)(gou)(gou)、吊掛結(jie)構(gou)(gou)(gou)。建(jian)筑(zhu)索(suo)(suo)結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)形態(tai)分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)分(fen)為找(zhao)形分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)和找(zhao)態(tai)分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)，考慮數值分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)易實現性，大都采用(yong)找(zhao)形分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)：從結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)初始零狀態(tai)開(kai)始，通過施加(jia)預(yu)應力(li)(li)來尋求結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)幾何設(she)計位形。找(zhao)形過程(cheng)力(li)(li)學分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)中張拉(la)過程(cheng)是(shi)模擬(ni)的(de)(de)關鍵，目前的(de)(de)分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)方法(fa)主要(yao)有(you)正分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)法(fa)、反分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)法(fa)和混合法(fa)。

對于大(da)型預應力(li)鋼結構，應根據工(gong)(gong)(gong)程情況，考慮(lv)施(shi)工(gong)(gong)(gong)階段錨固(gu)與摩擦(ca)的(de)(de)預應力(li)損(sun)失(shi)，建立精細化模(mo)型，將其引入拖工(gong)(gong)(gong)模(mo)擬(ni)中，只有這樣(yang)才能(neng)更準確地跟(gen)蹤施(shi)工(gong)(gong)(gong)中索、桿件內力(li)的(de)(de)變化，為(wei)工(gong)(gong)(gong)程中預應力(li)損(sun)失(shi)的(de)(de)避免提供參考依據，杜絕(jue)可能(neng)的(de)(de)安(an)全隱患(huan)，真(zhen)正實(shi)現結構終態與設計(ji)態的(de)(de)高度吻合。

大(da)跨度鋼結構(gou)的(de)整(zheng)(zheng)體(ti)提(ti)(ti)(頂)升(sheng)(sheng)與(yu)拆撐分析——大(da)跨空間結構(gou)的(de)施(shi)工(gong)安裝(zhuang)(zhuang)方法(fa)(fa)通常分為：高空散裝(zhuang)(zhuang)法(fa)(fa)、分條或(huo)分塊吊(diao)裝(zhuang)(zhuang)法(fa)(fa)、整(zheng)(zheng)體(ti)吊(diao)裝(zhuang)(zhuang)法(fa)(fa)、整(zheng)(zheng)體(ti)提(ti)(ti)(頂)升(sheng)(sheng)法(fa)(fa)、分條或(huo)分塊滑移(yi)法(fa)(fa)、整(zheng)(zheng)體(ti)滑移(yi)法(fa)(fa)、攀達穹頂法(fa)(fa)及折疊展開法(fa)(fa)等，其中整(zheng)(zheng)體(ti)提(ti)(ti)(頂)升(sheng)(sheng)法(fa)(fa)在(zai)A380機庫(ku)屋蓋等一大(da)批新建項目中得到(dao)廣泛應用(yong)，存(cun)在(zai)提(ti)(ti)(頂)升(sheng)(sheng)過程邊界(jie)條件時變等難點(dian);不論整(zheng)(zheng)體(ti)法(fa)(fa)還是(shi)吊(diao)裝(zhuang)(zhuang)法(fa)(fa)都存(cun)在(zai)拆撐的(de)臨界(jie)狀態模(mo)擬問題。

提升(sheng)是一個慢速時(shi)變(bian)過程，因上只需對每一個提升(sheng)高度(du)下的結(jie)構(gou)進行常規靜力分(fen)析，其結(jie)果便(bian)能準確反(fan)映(ying)提升(sheng)過程中(zhong)結(jie)構(gou)受(shou)力的變(bian)化。借(jie)鑒(jian)此原理，郭(guo)彥林(lin)等提出了模(mo)(mo)擬各提升(sheng)高度(du)的自動提升(sheng)迭(die)代(dai)算法，并將其應用于首(shou)都(dou)國際機場屋蓋一體(ti)化建模(mo)(mo)整體(ti)提升(sheng)分(fen)析中(zhong)。

大跨度鋼結(jie)構施工(gong)過(guo)(guo)程中臨時(shi)支(zhi)撐的(de)設(she)置，一方面減小了(le)安裝過(guo)(guo)程中主體結(jie)構的(de)內力(li)和(he)變(bian)(bian)形(xing)，使得結(jie)構安全(quan)系數加強，但一方面附屬(shu)構件的(de)添刪加劇了(le)施工(gong)過(guo)(guo)程的(de)內力(li)變(bian)(bian)化(hua)，對結(jie)構前期的(de)預測(ce)性設(she)計和(he)施工(gong)模擬提出(chu)挑戰。拆(chai)撐過(guo)(guo)程力(li)學分析(xi)的(de)難點在于(yu)千斤頂的(de)模擬，臨時(shi)支(zhi)撐與主體結(jie)構脫離、接觸(chu)和(he)相對錯(cuo)動的(de)模擬以(yi)及臨時(shi)支(zhi)撐變(bian)(bian)形(xing)分析(xi)。

目前，大(da)跨鋼結(jie)構(gou)拆撐(cheng)過程數(shu)值分析的(de)主(zhu)要方(fang)法有(you)支(zhi)座位(wei)移(yi)法、等(deng)(deng)效桿端位(wei)移(yi)法、千(qian)斤(jin)頂(ding)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)法、千(qian)斤(jin)頂(ding)——間隙單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)法、千(qian)斤(jin)頂(ding)接觸單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)法和溫控千(qian)斤(jin)頂(ding)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)法等(deng)(deng)。支(zhi)座位(wei)移(yi)法通過施加支(zhi)座強制位(wei)移(yi)來(lai)實(shi)現千(qian)斤(jin)頂(ding)的(de)模(mo)擬(ni)(ni)，程序實(shi)現簡單(dan)(dan)，但不(bu)(bu)能(neng)模(mo)擬(ni)(ni)臨時支(zhi)撐(cheng)與主(zhu)體(ti)結(jie)構(gou)間的(de)脫(tuo)離(li)以及變形(xing)，模(mo)擬(ni)(ni)準確(que)性(xing)(xing)較差。高穎等(deng)(deng)采(cai)用“只壓”特性(xing)(xing)連接單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)對濟南奧體(ti)中心體(ti)育場(chang)千(qian)斤(jin)頂(ding)群等(deng)(deng)距卸(xie)(xie)載過程進行(xing)了模(mo)擬(ni)(ni)，同時分析了卸(xie)(xie)載過程意外工況(kuang)(kuang)的(de)敏感性(xing)(xing)。等(deng)(deng)效桿端位(wei)移(yi)法利用有(you)限元(yuan)(yuan)軟件(jian)只壓不(bu)(bu)拉的(de)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)特性(xing)(xing)，雖然可以模(mo)擬(ni)(ni)臨時支(zhi)撐(cheng)與主(zhu)體(ti)結(jie)構(gou)脫(tuo)離(li)及臨時支(zhi)撐(cheng)的(de)變形(xing)，但不(bu)(bu)能(neng)模(mo)擬(ni)(ni)聯合支(zhi)撐(cheng)的(de)情況(kuang)(kuang)，且不(bu)(bu)能(neng)模(mo)擬(ni)(ni)臨時支(zhi)撐(cheng)與主(zhu)體(ti)結(jie)構(gou)間的(de)相對錯動。

千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)單(dan)元(yuan)(yuan)法巧妙(miao)地(di)(di)將(jiang)ANSYS軟件(jian)中(zhong)LINK10和BEAM4單(dan)元(yuan)(yuan)在(zai)(zai)(zai)同一位置并聯，兩個單(dan)元(yuan)(yuan)點線位移(yi)(yi)自由度耦合(he)在(zai)(zai)(zai)一起(qi)形(xing)成(cheng)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組合(he)單(dan)元(yuan)(yuan)。LINK10單(dan)元(yuan)(yuan)提(ti)(ti)供無限大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軸向(xiang)(xiang)(xiang)剛度模(mo)擬(ni)千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)，BEAM4單(dan)元(yuan)(yuan)設(she)(she)置抗彎剛度模(mo)擬(ni)千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗彎能力。千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)——間隙單(dan)元(yuan)(yuan)法、千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)接觸單(dan)元(yuan)(yuan)法是在(zai)(zai)(zai)千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)單(dan)元(yuan)(yuan)法的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上改進而(er)來，更好地(di)(di)模(mo)擬(ni)了千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)、臨(lin)時(shi)支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)與(yu)主體結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)脫離和相互(hu)錯動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)真實拆(chai)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)過(guo)程(cheng)。千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)不是一成(cheng)不變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，鄭江、郝際(ji)平在(zai)(zai)(zai)解(jie)決大(da)運會主體育場(chang)鋼屋蓋拆(chai)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)模(mo)擬(ni)分析(xi)(xi)中(zhong)，考(kao)(kao)慮(lv)(lv)(lv)工(gong)(gong)程(cheng)實際(ji)情況，判斷出千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)僅(jin)提(ti)(ti)供向(xiang)(xiang)(xiang)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)力，由此去除(chu)(chu)BEAM4單(dan)元(yuan)(yuan)，增加(jia)(jia)部分LINK8單(dan)元(yuan)(yuan)模(mo)擬(ni)安裝結構(gou)(gou)進行約束(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)臨(lin)時(shi)固(gu)定措施，取(qu)得了良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果(guo)。整體提(ti)(ti)(頂(ding))升(sheng)(sheng)技術(shu)，通過(guo)支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)置使初始(shi)可(ke)變(bian)體系逐步成(cheng)形(xing)，隨(sui)后對支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)拆(chai)除(chu)(chu)使體系逐步承擔工(gong)(gong)況荷(he)載，終成(cheng)為完(wan)整的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)(gou)。支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)伴(ban)隨(sui)臨(lin)時(shi)次構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)拆(chai)除(chu)(chu)，拆(chai)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)伴(ban)隨(sui)臨(lin)時(shi)次構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頂(ding)升(sheng)(sheng)，支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)與(yu)拆(chai)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本質為一體化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力過(guo)程(cheng)，拆(chai)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)卸載前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)初始(shi)工(gong)(gong)況應力來源于(yu)支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)后期工(gong)(gong)況的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)載。整體提(ti)(ti) (頂(ding))升(sheng)(sheng)與(yu)拆(chai)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)分析(xi)(xi)實質上都是分析(xi)(xi)結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)約束(shu)向(xiang)(xiang)(xiang)上或向(xiang)(xiang)(xiang)下移(yi)(yi)動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)，當前研(yan)究(jiu)主要(yao)考(kao)(kao)慮(lv)(lv)(lv)支(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔架(jia)、吊索或千(qian)(qian)(qian)斤(jin)頂(ding)與(yu)結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相互(hu)作用(yong)，一般不考(kao)(kao)慮(lv)(lv)(lv)攬(lan)風(feng)繩(sheng)、水(shui)平向(xiang)(xiang)(xiang)約束(shu)構(gou)(gou)件(jian)等重要(yao)附屬設(she)(she)施的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)。某(mou)門式(shi)剛架(jia)輕(qing)鋼結構(gou)(gou)廠房施工(gong)(gong)中(zhong)，在(zai)(zai)(zai)風(feng)力作用(yong)下中(zhong)間柱晃動(dong)引起(qi)結構(gou)(gou)連鎖(suo)反應，終整體倒塌。攬(lan)風(feng)繩(sheng)不僅(jin)受到風(feng)荷(he)載作用(yong)，而(er)且(qie)還受到不均勻(yun)提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)(gou)傾斜對攬(lan)風(feng)繩(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)，施工(gong)(gong)模(mo)擬(ni)中(zhong)應考(kao)(kao)慮(lv)(lv)(lv)附屬結構(gou)(gou)在(zai)(zai)(zai)提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)中(zhong)所受影(ying)響，尤其是提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)點之(zhi)間位移(yi)(yi)差不利工(gong)(gong)況的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響。

大(da)跨(kua)鋼結(jie)(jie)構建筑(zhu)結(jie)(jie)構體(ti)系的(de)日益復(fu)雜化，使(shi)得(de)工(gong)程建設迫切需要(yao)更為精的(de)模(mo)擬(ni)分析，但由(you)于(yu)施(shi)工(gong)過(guo)程與結(jie)(jie)構形式(shi)、施(shi)工(gong)方(fang)案的(de)緊密(mi)相關性，導致目(mu)前大(da)多工(gong)程的(de)施(shi)工(gong)模(mo)擬(ni)都有(you)其性，局限性。我們(men)結(jie)(jie)合(he)對大(da)跨(kua)鋼結(jie)(jie)構施(shi)工(gong)模(mo)擬(ni)普遍遇到(dao)的(de)難點及解(jie)決方(fang)法的(de)討(tao)論，指出(chu)了尚有(you)若干問(wen)題值(zhi)得(de)深入研究，相信施(shi)工(gong)力(li)學會進一步迅速發展