巨型转换梁施工过程三维仿真分析与施工技术优化设计研究.docVIP

项目名称：巨型转换梁施工过程三维仿真分析与施工技术优化设计研究 天津大学建筑工程学院土木系 本项目针对巨型转换梁施工中存在的技术难题展开系统性的研究工作，通过施工过程三维数学模型的精细模拟计算，提出巨型转换梁施工过程中模板搭设、分层浇筑时间及顺序、拆除等整个施工过程的资源优化配置方案，为巨型转换梁施工提供先进的技术保障工作。 本项目所依托的工程为马来西亚某高层建筑，结构8层以下为钢筋混凝土框架结构，8层以上为钢筋混凝土剪力墙结构，巨型转换梁层位于9层。在9层巨型转换梁垂直方向以下楼层结构多为180mm楼板结构，进行巨型转换梁浇筑时，可能存在：①模板支撑体系自身承载力不足问题；②模板支撑可能因为巨型混凝土转换梁的荷载过大引起8层楼板的承载力不足问题。传统的做法一般采用通过逐层的搭设支撑体系，将巨型转换梁的荷载传递到基础层的方法，但是对于本工程的特殊性，由于巨型转换梁垂直楼层数较高，位于9层处，如果采用这种做法，势必会造成高额的支撑成本，并且由于当地每天混凝土可配送额的限制，无法保质的完成巨型混凝土梁一次性的浇筑。 3 施工方案概述 经过大量的文献查找以及相似工作案例分析，提出采取分层浇筑的方法来实现超大转换梁的施工。具体施工方法可概述为： 本次研究通过有限元软件仿真模拟巨型转换梁的分层浇筑施工功法的过程，解决、优化9层巨型转换梁的施工模板支撑问题，确保整个施工过程的安全。第一阶段为了简化计算，概括的论述分层浇筑的可行性，拟选用轴线C到轴线D跨进行研究，此处转换梁最大尺寸为4000mm×4500mm。 图1 本次模拟位置平面图 参考当地相似工程的典型案例，以及对实际情况客观条件分析，本次对巨型转换梁施工采取3种方案进行模拟分析。主要分类方法为支撑系统的层数和依次浇筑梁的高度。 施工方法1：采用3层支撑体系，即支撑搭设在6、7、8层的楼板上，巨型转换梁分4次浇筑成型，浇筑高度以此为1m、1 m、1.2 m、1.3 m； 施工方法二：采用2层支撑体系，即支撑搭设在7、8层的楼板上，巨型转换梁分4次浇筑成型，浇筑高度以此为0.8m、1.2 m、1.2 m、1.3m； 施工方法三：采用1层支撑体系，即支撑搭设在8层的楼板上，巨型转换梁分4次浇筑成型，浇筑高度以此为0.8m、1.2 m、1.2 m、1.3m； 支撑体系采用的布置方式为1.5m×1.5m。 4有限元精细化计算 按照拟定施工方案，对其支撑体系，梁板结构进行仿真模拟。采用有限元软件ABAQUS进行精细化建模计算，ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库，并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟几乎大部分的典型工程材料的性能，其中包括金属、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。 本次模拟采用ABAQUS对巨型混凝土转换梁施工进行了整体建模有限元分析，模型的建立严格按照设计图纸中的截面形式，配筋情况，荷载和边界条件按照实际工程要求建立，通过有限元软件的精细化分析可真实的模拟实际工况下各个构件的受力效果以及变形情况，从而使计算分析结果更加真实合理。在建模过程中，混凝土单元和支撑体系采用实体单元C3D4模拟，钢筋单元采用梁单元TRESS模拟。 5 模拟结果分析 5.1施工方法1 ⑴ 施工工况1 浇筑巨型转换梁第一层1m，此时荷载主要包括1m混凝土的重量以及施工荷载，承载力体系为支撑脚手架。模拟结果如图2所示。从图中可看出局部脚手架的实际承载力超过了其自身极限承载力，需在其相应位置加密布置，混凝土的最大主应力和最小注意力均小于混凝土的强度值。 a）支撑体系受力云图 b）混凝土最大主应力云图 c）混凝土最小主应力云图 图2 施工方法1、工况1分析结果 ⑵ 施工工况2 浇筑巨型转换梁第二层1m，此时荷载主要包括1m混凝土的重量以及施工荷载，承载力体系为支撑脚手架以及第一层浇筑的混凝土结构，此时第一层混凝土承载能力按照早龄期7天混凝土强度计算。模拟结果如图3所示。从图中可看出脚手架的实际承载力远小于其自身极限承载力，混凝土的最大主应力和最小注意力均小于混凝土的强度值，满足工程的要求。 a）支撑体系受力云图 b）混凝土最大主应力云图 c）混凝土最小主应力云图 图3 施工方法1、工况2分析结果 ⑶ 施工工况三 浇筑巨型转换梁第三层1.2m，此时荷载主要包括1.2m混凝土的重量以及施工荷载，承载力体系为支撑脚手架以及第一、二层浇筑的混凝土结构，此时第一层混凝土承载能力按照28天混凝土强度计算，第二层混凝土承载能力按照早龄期7天混凝土强度计算。模拟结果如图3所示。从图中可看出脚手架的实际承载力远小于其自身极限承载力，混凝土的最大主应力和最小注意力均小于混凝土的强度值，满足工程的要求。 b）混凝土最大