南昌站铁路站房屋盖网架施工过程模拟及方案对比分析摘要：针对网架传统施工方案中质量要求高、装配累积误差大、施工难度大、安装精度难以控制等问题，以南昌站铁路站房屋盖网架施工为例，结合现有空间网架施工技术提出了回顶法安装方案。基于ANSYS中的单元生死技术，对传统法和回顶法两种方案的网架拼装过程进行了数值模拟，获得了不同方案施工过程中网架结构的变形及应力状态，并对模拟结果进行了对比分析。结果表明：与传统法施工方案相比，回顶法施工方案能够使网架结构变形及应力有所减小，具有较强的适用性。该研究成果可为类似网架工程的施工安全性和精确成型提供理论依据。关键词：空间网架；结构变形；回顶法施工；施工过程模拟；单元生死技术中图分类号：TU355文献标识码：A文章编号：16749944（2017）160171041引言随着国内外经济的迅速发展，许多展览馆、铁路站房、候车厅、影剧院等屋盖构造普遍采用钢结构形式，网架结构的质量事故也时有发生，例如网架在安装过程中发生整体扭曲、倒塌、数值模拟计算不符合实际情况等[1]。为避免工程质量事故发生，国内外多采用数值模拟方法对结构的真实状态进行分析，以便提前预知结构的应力变化和几何变形状态，防止网架在施工的过程中出现结构变形过大及安装应力超限等问题[2～5]。以南昌站屋盖网架安装为例，针对该项目网架施工具有网架面积大、安装位置高、施工难度大、质量要求高等特点，在传统施工方案的基础上提出了回顶法施工方案[6]，并在网架正式施工前，采用ANSYS软件[7]建立整体网架结构模型，运用单元生死法实现了传统法和回顶法方案的施工模拟。通过对比传统法施工方案和回顶法施工方案在网架结构施工中引起的应力及挠度变化趋势，验证了回顶法施工可以解决由结构变形引起的装配累积误差及安装应力问题，从而降低施工难度，节约成本。同时，该项目施工前的施工模拟结果可以指导实际施工，为确保网架的施工安全和结构的精确成型提供了理论依据，可为类似网架结构的安装提供有益的借鉴。2单元生技术原理单元生死技术按照成形后结构应力、应变与施工段之间的关系，将结构各个施工段的应力、应变状态进行叠加，即如果将一个整体结构分为n块单元，施工按1、2、…..…n个阶段完成，则各施工段有限元方程[8]如下。施工的第1阶段：K1U1=P1，N1=K1A1U1（1）施工的第2阶段：（K1+K2）U2=P2，N2=K2A2U2（2）…施工的第n阶段：（K1+K2+…+Kn）Un=Pn，Nn=KnAnUn（3）其中Kn、Un、Pn、An、Nn为施工至阶段n时整体结构单元的总刚度矩阵、总节点位移向量矩阵、总节点力向量矩阵、总几何矩阵、总杆件内力向量矩阵；K1…i、U1…i、P1…i、A1…i、N1…i分别为施工至阶段i时i块结构单元的刚度矩阵、节点位移向量矩阵、节点力向量矩阵、几何矩阵、杆件内力向量矩阵。结构的总位移：U=∑ni=1Ui，N=∑ni=1Ni（4）网架施工过程借助ANSYS数值模拟方法，很容易得出施工过程任一阶段结构的受力及变形状态。在采用单元生死法进行施工模拟时，先将所有网架结构单元“杀死”，让整体网架结构处于刚开始的“零”状态，再按照施工顺序依次激活相应阶段的网架结构单元，并施加相应的计算荷载，通过将前一荷载步中结构的内力和位移计入下一荷载步的形式来保证计算的连续性，然后进行非线性有限元求解，实现网架结构的施工过程模拟。3工程概况南昌站改造工程的东站房屋盖网架采用螺栓球节点连接形式，上部为正放四角锥网架屋盖，下部为钢筋混凝土框架结构，平面尺寸为204m×40m。如图1所示，屋面网架施工共分为A、B、C三个区。其中A、C区网架底标高+18.6m，B区网架底标高+24.9m，为典型的不等高空间网架结构体系。根据站房高度不相---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---等的实际工程情况，项目部制定了不等高胎架滑移施工方法[9]，即在移动式脚手架的操作平台上每拼装完一榀网架单元，将胎架滑移至下一榀位置处，接着在前一榀网架基础上拼装第二榀，不断循环，始终使后一榀的网架单元在前一榀网架基础上进行装配，直至整个网架拼装完成。南昌站网架安装完成效果如图2所示。4网架结构施工过程模拟4.1计算假定...