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施工阶段多高层建筑混凝土结构事故的不断发生,促使人们对建筑结构设计理论作出反思,认识到目前建筑结构分析设计理论的局限性:分析给定的、已知的、不变的结构;结构所受的荷载也是已知的;静荷载不随时间改变,动荷载随时间按已知规律变化。而施工期间多高层建筑混凝土结构,是自身随时间改变的结构。为此,国内外学者对多高层建筑混凝土结构施工期时变结构体系的分析模型、施工荷载在混凝土时变结构和模板支撑系统中的分布规律实测以及施工活荷载的调查统计、多高层建筑混凝土结构施工安全控制的优化设计方法、早龄期混凝土特性等方面进行了一系列有益研究,取得了可喜成果。
多高层建筑混凝土时变结构分析方法不断改进,其分析模型基本可以归为两类;简化模型和精确模型,简化模型由于简便而成为求解板柱时变结构传力的一种通用方法。各种模型采用的基本假定和计算方法不完全相同,得到的结论也不尽一致。这些模型主要是针对板柱结构提出的,因此,借鉴板柱结构的研究成果,探讨施工期高层建筑混凝土时变结构体系的计算模型和分析方法,建立时变梁板柱结构的内力分析模型,研究混凝土时变结构尤其是高层建筑混凝土时变结构的传力规律,对选择合理的施工方案,避免工程事故,具有特别重要的意义。
本文通过类比的方式,同时综合混凝土双轴压缩徐变试验的初步结论,合理的假设出考虑收缩徐变作用影响的混凝土薄板的应力应变关系,进而推导出在不变荷载作用下考虑收缩徐变作用的混凝土薄板的基本控制方程,最后通过离散时间的方式得到了可变荷载作用下的基本控制方程。本文结合施工时变结构的受力特点,针对梁板柱体系混凝土结构,建立了施工期时变结构体系分析的非均匀弹性地基板模型,这一模型通常是由3~4个变系数的偏微分方程组成的微分方程组,作者针对这种类型的偏微分方程,给出了其在具体时刻的用级数表达的解析解,由于时变结构体系是随时间不断变化的,其模型的偏微分方程的各项系数也是时间的函数,因此较准确的得到时变结构体系的内力不是容易的事情,本文实质上通过迭代的方式,以具有一定精度的简化方法得到的解作为初始解,得到了考虑收缩徐变作用的薄板按期龄调整的等效弯曲刚度,从而将有关时变和收缩徐变的问题转化为对等效弯曲刚度的计算,真正实现了将时变问题转化为非时变问题。最后本文提出了基于该模型的高层建筑混凝土结构施工过程受力性能的仿真分析方法,本文方法与其它方法分析比较表明,本文提出的施工期时变结构分析模型具有足够的精度。
本文还应用非均匀弹性地基板模型对梁板柱结构施工过程进行了仿真分析,研究了不同因素对时变结构体系受力性能的影响。