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现代大型钢结构为了满足使用和美观的要求,结构跨度越来越大,结构形式越来越复杂,温度作用成为其设计和施工中不可忽视的因素。温度作用的研究一直处于探索的阶段,本文以厦门新火车站新型钢桁架屋盖工程为背景,对大型钢结构温度场以及温度效应等方面进行了研究。本文的主要研究工作和成果如下:
1、介绍了结构日照温度场的各个影响因素,探讨了日照温度场的计算方法,经过现场温度场实测得到了桁架夏季晴天下的日照温度场和冬季结构温度场。实测表明,夏季日照下结构的温度远远高于合拢温度,杆件最高日照下温度与合拢温度比较,其最大温差达到30.1℃.此结构中新型钢桁架屋盖主桁架2的正反面迎背光温差明显,相同位置处不同照射面的最大温差为11.3℃。冬季结构温度场的变化与大气温度变化基本一致。
2、基于现场温度场实测,建立了结构的有限元分析模型,重点分析了主桁架2在恒荷载、温度荷载以及恒荷载加温度荷载3个荷载工况下的关键节点位移以及关键杆件应力值。分析结果表明不均匀升温产生的位移比恒载更加不利于结构,其在跨中下弦处产生的Y向位移以及主桁架2超高超长超薄的特点对其侧向稳定性会产生一定程度的影响。相对于恒荷载作用,不均匀升温荷载作用下杆件的应力值应引起重视。
3、对背景工程新型钢桁架屋盖结构施工过程进行了数值模拟以及现场实测,重点分析了主桁架2在考虑温度荷载作用下的力学行为。分析结果表明,桁架在X、Z两个方向的位移变化相对来说较小,Y向的侧移是位移控制的关键。主桁架2在整个施工过程中,杆件的应力状态以及关键点的位移均处于安全的状态:考虑施工过程温度荷载的数值模拟结果能够更加接近实测数据。
4、桁架整体提升过程中不仅要注重桁架本身构件的受力状态,而且应重视提升过程中支护及导向构架的受力情况。严格控制合拢温度对于保证结构具有合理的初始温度与使用期间的安全性具有重大的意义,合拢安装最适合在晚上进行。结构成型后的年温差作用是一个缓慢变化的过程。在年温差升降温值均为20C的作用下,主桁架2的节点位移值以及杆件应力值的变化在合理范围内,满足结构安全要求。