塔架式重型钢结构的力学性能分析

浅谈建筑结构高强度钢材力学性能摘要：高强度钢材钢结构强度的力学性能，决定了建筑结构的性能，有效使用钢结构的性能和发挥作用，能够促进建筑的经济效益。

目前人们对建筑的性能要求相比以往提出了更高的要求，所以必须要确保钢材具有足够的性能，以及通过了解钢材的性能特征，在设计中发挥钢材的性能优势。

由于钢材的生产工艺提高，在要求未变的情况下，对钢材的使用有了很大的限制，未能充分发挥钢材的性能和作用。

对钢材的力学性能研究，分析钢材的力学性能与钢结构之间的关系，当前对钢材要求上的限制及优化钢材的使用。

关键词：建筑结构；高强度钢材；力学性能；研究；展望高强度钢材是在微合金化和热机械轧制技术下生产的具有刚强度的钢材，这类钢材的延展性很强、韧性极高，在建筑中有十分重要的作用。

随着目前钢结构性能的提升，能够有效提升建筑物的经济效益和环保效益。

不仅能够保证钢结构的安全性，而且能够保证更大的使用空间，通过充分发挥钢结构的全部性能，能够提升建筑物的工程成本，降低建筑物的能耗，从而降低工程建设所需要的碳排放。

我国目前在很多工程中都使用了高强度钢结构，虽然积累了大量的使用经验，但是由于钢材性能得变化，在力学性能和受力性能上也和过去有了很大的区别。

所以，需要对钢材的使用进行进一步的完善，充分发挥钢材的作用。

1高强度结构钢材加工生产的方法目前主要有两种方式来提高钢材的强度，一种是通过香气中加入碳、锰等元素改善合金成分，虽然能很容易提升刚才的强度，但也会导致钢材的加工性能降低，尤其是钢材的可焊性。

其次是热处理技术，通过热处理能够改善钢材的微观机构，比如改变晶粒大小从而改善钢材的性能，热处理的有点在于通过将钢材加工成细晶粒的结构，能够让刚才的强度更高，有更强的韧性，同时在其他的性能上也没有太多改变。

新型高强度结构钢材主要使用合金和细化晶粒共同处理的方式。

钢材生产经过了正火轧制、淬火回火、热机械轧制的三个主要阶段，轧制工艺和热处理工艺有了很大的转变。

钢结构塔架的设计计算与分析作者：刘长顺来源：《城市建设理论研究》2012年第12期摘要：本文通过对某工程排气筒钢结构塔架的具体设计，着重论述了钢结构塔架这一特种结构的设计计算方法，并总结了一定的经验和体会。

关键词：钢结构塔架、设计计算与分析Abstract: this article through to a project row on steel structure design of this tower, focuses on the steel structure tower the special structure of the design and calculation method, and sums up some experience and experience.Keywords: steel structure tower, design calculation and analysis中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：1. 引言随着工业建设的迅速发展，工业尾气的排放与城市环境保护之间的矛盾日益突出和尖锐。

为了减少或消除工业尾气对城市环境的影响，对工业尾气的高空零污染排放越来越显得关键和紧迫。

由此，国家和地方的环保部门对工业尾气的排气筒、尾气燃烧火炬等常见的尾气排放装置均设定了具体的高度要求。

为了支撑这些高空的尾气排放装置，使其能安全有效的发挥其作用，钢结构塔架就成了当今工业建筑中一个重要构筑物。

它是确保环保达标和保障工业企业连续、稳定和安全生产的必要设施。

它的主要功能是给高空尾气排放的排气筒或火炬塔架提供可靠的支撑保障。

2.工程概况某工程为年产30万吨的硫酸工程，该工程的排气筒直径为1244mm，长度43.76m，重15912kg，筒顶标高60m。

排气筒塔架顶标高57.140m。

3. 设计条件基本风压0.4kN/m2，基本雪压0.3kN/m2；抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为乙类；场地土类型为中软场地土，类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。

高强度钢结构力学性能分析高强度钢材料被广泛应用于各种工程领域，如建筑、桥梁、汽车、航空航天等，其优异的力学性能使其成为许多工程项目中的理想选择。

本文旨在对高强度钢结构的力学性能进行分析，探讨其应力应变关系、强度和刚度等方面的特点。

首先，高强度钢材的力学性能主要体现在其材料的强度和刚度方面。

高强度钢的强度指材料所能承受的最大应力，通常用屈服强度和抗拉强度来表示。

屈服强度指在材料发生塑性变形前所能承受的最大应力，而抗拉强度则指在材料发生破坏前所能承受的最大应力。

相比之下，高强度钢的强度远高于传统钢材，因此在工程实践中可以使用更小的截面尺寸，从而减轻了结构的重量。

其次，高强度钢的刚度也是其特点之一。

刚度反映了材料对外力的抵抗能力，一般用弹性模量来衡量。

高强度钢的弹性模量通常较高，可以更好地抵抗变形和挠度，从而确保结构的稳定性和工作效果。

此外，高强度钢的刚度使其在大跨度桥梁等工程项目中得到广泛应用，能够有效避免结构的共振和震动，提高整体的安全性和稳定性。

除了强度和刚度，高强度钢材的应力应变关系也是力学性能分析的重要内容。

应力应变关系是描述材料受力时应变与应力之间的关系。

对于高强度钢来说，其应力应变关系呈现出明显的线性弹性行为，在小应变范围内，应力与应变成正比。

这种线性弹性行为使得高强度钢在受力时具有较高的回弹性和可塑性，能够充分发挥其力学性能，减少结构的应力集中和变形。

在实际工程应用中，高强度钢结构的力学性能分析还需要考虑其疲劳性能和冲击性能。

疲劳性能是指材料在长期重复应力加载下的抗疲劳性能，冲击性能则是指材料在急剧加载下的抗冲击性能。

高强度钢的疲劳性能较好，能够在长期重复应力作用下保持较高的强度和刚度，从而延长了结构的使用寿命。

高强度钢材的冲击性能也较好，能够在受到冲击载荷时迅速吸收和分散能量，减少结构的损坏和破坏。

综上所述，高强度钢结构具有优异的力学性能，包括高强度、高刚度、良好的应力应变关系、较好的疲劳性能和冲击性能等。

钢结构构件的力学性能和应用钢结构构件在建筑、桥梁、机械和航空等领域中广泛应用。

钢材的高强度、刚度和耐久性，使得钢结构能够承受巨大的荷载和变形，并且可以使用较少的材料完成大跨度、高层次和复杂形状的结构设计。

本文将从力学性能和应用两个方面探讨钢结构构件的特点和优势。

一、力学性能1.高强度钢结构构件的高强度是其最显著的特点之一。

普通钢材的屈服强度在250MPa至400MPa之间，而高强度钢材的屈服强度可以达到600MPa至900MPa。

高强度钢材可以降低结构重量，增加安全储备系数，同时还可以减小构件的尺寸和厚度，节省材料和成本。

2.良好的可塑性钢结构构件具有良好的可塑性，可以在塑性断裂前发生较大的塑性变形。

这种可塑性可以使钢结构在极限状态下保持良好的变形性能，让结构在发生横向荷载和强烈震动时，具有更好的抗震性和抗风性。

3.低应变硬化率钢结构构件的低应变硬化率让钢材在拉伸、弯曲和剪切等载荷下，能够保持较高的变形性能。

这种特性也使得钢结构能够通过冷弯、热弯、切割和焊接等方法得到多种形状和尺寸的构件。

4.高斯托克斯比斯托克斯比是指材料的弹性模量与屈服强度的比值。

大斯托克斯比意味着相同荷载下构件变形小，具有更好的稳定性。

钢结构构件的弹性模量通常在200GPa至210GPa之间，屈服强度在350MPa至900MPa之间，因此钢结构的斯托克斯比很高，展现了更好的缩短变形量和较好的抗震性能。

二、应用1.建筑结构在建筑领域，钢结构被广泛应用于高层建筑、大跨度工业厂房和非平面形式的建筑。

钢结构的轻便和高强度，使得其可用其制成大幅度结构和体现很多复杂形状。

它可以为土建结构处理设备安装提供一个可靠的支撑系统。

如今，钢结构的建筑设计理念向轻量化和绿色化的方向不断发展，已经成为城市天际线的主体之一。

2.桥梁结构在桥梁领域，钢结构施工速度快，结构较轻便，可以减小桥梁对土地的压力量、减小造价。

其中，斜拉桥、悬索桥、拱形桥等钢结构桥梁得到了广泛的应用。

钢结构塔架的风振疲劳分析随着我国工业的快速发展，大型工业设施如钢结构塔架的需求不断增加。

然而，这些结构在服役期间会受到各种荷载的作用，其中风荷载是一种重要的不可忽视的因素。

风振疲劳问题是钢结构塔架设计中的关键问题之一，关系到结构的安全性和耐久性。

本文将针对钢结构塔架的风振疲劳问题进行深入分析。

关键词：钢结构塔架、风振疲劳、风荷载、疲劳寿命、抗疲劳设计概述风振疲劳是由于结构在风荷载作用下产生振动，导致结构内部产生交变应力而引起的疲劳破坏。

对于钢结构塔架而言，风振疲劳对其服役性能有重要影响。

风振疲劳的危害主要表现在降低结构的承载能力、增加结构变形以及引发结构断裂等。

因此，对钢结构塔架进行风振疲劳分析具有重要意义。

钢结构塔架的风振疲劳分析钢结构塔架在服役期间会受到风荷载的作用，其风振疲劳的产生主要有以下原因：（1）结构设计不合理，如结构形式、连接方式等；（2）材料选择不当，如材料的韧性、强度等；（3）制造和安装过程中产生的缺陷，如焊接变形、螺栓松动等。

针对这些原因，在进行钢结构塔架设计时，应采取相应的措施来降低风振疲劳的风险。

例如，优化结构设计、选用高强度材料、严格控制制造和安装质量等。

还可以采用防腐涂层等措施来提高结构的耐久性。

疲劳损伤因子的计算在风振疲劳分析中，疲劳损伤因子是一个重要的参数，用于描述结构在疲劳过程中损伤的程度。

常用的疲劳损伤因子计算方法有：（1）Miner-Palmgren方法：该方法基于Miner-Palmgren 累积损伤理论，考虑了应力幅值和平均应力的影响。

（2）Gerber方法：该方法基于Gerber损伤模型，考虑了裂纹扩展和闭合的过程，适用于估算结构的低周疲劳寿命。

在计算疲劳损伤因子时，应根据具体情况选择合适的计算方法。

同时，还应注意考虑其他影响因素，如环境因素、荷载作用次数等。

抗疲劳设计的建议根据前文对钢结构塔架风振疲劳的分析，提出以下抗疲劳设计的建议：（1）优化结构设计：合理选择结构形式和连接方式，以提高结构的抗风能力。

钢结构建筑的力学性能研究钢结构是一种广泛应用于大型建筑物和桥梁中的结构形式，其独特的性能在现代建设领域中发挥着重要作用。

本文旨在探讨钢结构建筑的力学性能，包括材料的强度、刚度以及抗震性能等方面的研究和应用。

钢材是一种高强度和高刚度的材料，具有优异的力学性能。

钢结构建筑常常需要承担大荷载和变形，因此其强度是至关重要的考虑因素之一。

钢材的强度通常通过抗拉强度和屈服强度来衡量。

抗拉强度是指钢材在拉伸过程中所能承受的最大应力，而屈服强度则是指钢材开始产生塑性变形时所承受的应力。

通过合理选材和设计，钢结构可以在满足安全要求的前提下最大限度地提高强度。

除了强度外，钢结构的刚度也是其力学性能的一个重要方面。

刚度是指钢结构在受力下的变形程度，通常以刚度系数来衡量。

刚度系数是指钢结构在单位载荷下的弹性变形量与初始长度之比。

刚度系数越大，说明钢结构在受力下的弹性变形越小，具有更好的刚度性能。

提高钢结构的刚度可以通过增加截面积、增加结构连接等方式来实现。

另一个重要的问题是钢结构的抗震性能。

钢材具有良好的韧性和延展性，能够在地震等恶劣环境下承受较大的变形能量。

抗震性能的研究主要包括结构的抗震性能评估、抗震设计和抗震能力改善等方面。

通过合理的结构设计和抗震措施，可以提高钢结构在地震中的抗震性能，减少灾害事故的发生。

除了上述几个方面的研究，还有一些其他与钢结构力学性能相关的问题值得探究。

例如，如何提高钢结构的耐久性，使其能够在长期使用中保持稳定的力学性能；如何考虑钢结构与混凝土结构的协同工作，以优化整体结构的力学性能；如何通过新材料和新技术来改善钢结构的力学性能等等。

总之，钢结构建筑的力学性能研究是一个复杂而有挑战性的问题，涉及到材料力学、结构力学、地震工程等多个学科的知识。

通过不断探索和创新，人们能够更好地理解钢结构的力学性能，并通过合理设计和施工来提高钢结构建筑的安全性和可靠性，促进建设领域的可持续发展。

钢结构内力分析在现代建筑领域中，钢结构因其优异的性能而被广泛应用。

而要确保钢结构的安全和稳定，对其内力进行准确分析至关重要。

钢结构内力，简单来说，就是在各种荷载作用下，钢结构内部所产生的力。

这些力的大小、方向和分布情况，直接影响着钢结构的承载能力和变形情况。

首先，让我们来了解一下常见的荷载类型。

恒载，也就是钢结构自身的重量，这是一个相对固定的数值。

活载，则包括人员、设备、货物等可移动的荷载，其大小和分布会随着使用情况而变化。

此外，还有风荷载、雪荷载、地震作用等自然力荷载。

在分析钢结构内力时，需要建立合适的力学模型。

这就好比给钢结构画一幅“受力图”，把它简化成一些简单的几何形状和连接方式，以便于进行计算。

比如说，钢梁可以简化为简支梁、连续梁或者悬臂梁等。

对于简单的钢结构构件，我们可以采用一些基本的力学方法来分析内力。

比如，对于简支梁，在均布荷载作用下，可以通过公式算出跨中弯矩和支座剪力。

但对于复杂的钢结构体系，就需要借助更高级的分析方法了。

其中，结构力学的方法是常用的手段之一。

通过建立结构的刚度矩阵，然后根据荷载情况求解线性方程组，就可以得到各个节点的位移和内力。

有限元分析方法则更加精确和灵活，它可以将钢结构离散成无数个小单元，通过计算每个单元的内力和变形，最终得到整个结构的响应。

在实际工程中，还需要考虑钢结构的连接方式对内力的影响。

比如，焊接连接、螺栓连接等不同的连接方式，其传力性能是有所差异的。

此外，材料的性能也不能忽视。

钢材的强度、弹性模量等参数会直接影响内力的计算结果。

而且，钢结构在长期使用过程中，可能会出现疲劳、锈蚀等问题，导致材料性能下降，从而影响内力分布。

温度变化也会引起钢结构内力的改变。

热胀冷缩是大家都熟悉的现象，当钢结构所处的环境温度发生较大变化时，结构会产生伸缩变形，如果受到约束，就会产生内力。

钢结构内力分析不仅要考虑正常使用情况下的荷载，还要考虑极端情况下的受力。

比如在地震作用下，钢结构需要具备足够的延性和耗能能力，这就要求在设计时充分考虑内力的变化和结构的抗震性能。

风力机钢结构塔架及底座力学特性与强度分析的开题报告一、题目概述随着可再生能源行业的快速发展，风力发电已经成为一种重要的清洁能源形式。

风力机是风力发电的核心设备之一，它的结构稳定性和安全性对风电项目的运行与维护起着至关重要的作用。

其中，风力机钢结构塔架及底座作为风力机的支撑部件，承受着风力机旋转时产生的复杂力学特性和各种外部环境因素的影响，其结构设计和强度分析具有重要的工程实际意义。

本文旨在研究风力机钢结构塔架及底座的力学特性与强度分析，为风力机结构设计和安全性评估提供依据。

二、研究内容1.钢结构塔架力学特性研究通过对钢结构塔架内力和应力状态的分析，研究风力机旋转时钢结构塔架的变形和应力分布规律。

2.钢结构底座力学特性研究研究钢结构底座受力分布和内力状态，分析风力机重心的位置对底座结构的影响。

3.塔架和底座的强度分析通过计算分析，确定钢结构塔架和底座的强度设计参数，评估其结构的可靠性和安全性。

三、研究步骤1.确定研究方法与理论基础选择适当的数值模拟方法和结构力学理论，确定研究对象和研究目标。

2.建立数值模型建立风力机钢结构塔架和底座的三维模型，并进行刚度和强度分析，得到风力机运行过程中的内力状态。

3.对风力机内力状态进行分析通过对风力机内力状态的分析，确定风力机塔架和底座的最大应力和变形情况，进一步评估其结构安全性。

4.结构设计参数确定根据结构强度分析结果，确定风力机塔架和底座的结构设计参数，以保证其结构可靠性和安全性。

五、预期成果本文将以风力机钢结构塔架和底座为研究对象，通过建立数值模型和理论分析相结合的研究方法，得出风力机塔架和底座的力学特性和强度分析结果，并提出合理的结构设计和加固措施，为风力发电项目的设计和运行提供理论依据和技术支持。

钢结构内力分析在现代建筑领域中，钢结构以其高强度、大跨度、施工快捷等诸多优点，得到了广泛的应用。

然而，要确保钢结构的安全可靠，对其内力进行准确分析至关重要。

钢结构内力分析，简单来说，就是研究钢结构在各种荷载作用下内部产生的力的大小、方向和分布情况。

这就好比我们要了解一个人的身体内部各个器官的工作状态，只有清楚了，才能判断这个人是否健康。

首先，我们来谈谈荷载。

荷载是导致钢结构产生内力的“罪魁祸首”。

常见的荷载有恒载、活载、风载、雪载等等。

恒载，就是那些一直存在、不随时间变化的重量，比如钢结构自身的重量。

活载则是会变化的，像人在建筑物内活动产生的重量、临时放置的物品重量等。

风载和雪载就更好理解了，风刮在建筑上产生的力，以及积雪压在屋顶上的力。

在分析钢结构内力时，我们需要把这些荷载合理地加在结构上。

这可不是随便一加就行的，得遵循一定的原则和方法。

比如说，要考虑荷载的分布情况，是均匀分布还是集中在某个点上；还要考虑荷载的组合，因为在实际情况中，往往不是只有一种荷载作用，而是多种荷载同时存在。

接下来，我们说说分析方法。

目前常用的钢结构内力分析方法有很多，比如静力分析和动力分析。

静力分析是比较基础和常见的，它假设结构在荷载作用下处于静力平衡状态，不考虑惯性力和加速度的影响。

这种方法对于大多数常规的钢结构设计是足够准确的。

而动力分析则用于那些会受到动态荷载影响的结构，比如高层建筑在风荷载作用下的振动，或者桥梁在车辆行驶时的振动。

在这种情况下，就必须考虑结构的惯性力和加速度，分析起来就要复杂得多。

除了这两种方法，还有有限元分析。

这可以说是一种非常强大的工具，它把钢结构划分成很多小的单元，然后通过数学模型来计算每个单元的内力。

就好像把一个大蛋糕切成很多小块，分别计算每小块的受力情况，最后再把它们整合起来，得到整个结构的内力分布。

在进行内力分析时，还得考虑钢结构的连接方式。

是焊接、螺栓连接还是铆钉连接？不同的连接方式会影响内力在结构中的传递和分布。

大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法摘要：在大型复杂钢结构工程施工中，钢结构在恒荷载作用的影响下会产生一定的内力和形变，在与其它荷载效应组合时会产生较高的安全风险，因此，需结合工程施工实际情况，对施工中出现的施工力学问题进行准确预判，以有效控制钢结构内力与形变的发展，进而保证建筑工程施工的安全性。

本文主要对大型复杂钢结构在施工过程中的力学问题进行分析和总结，以为相关领域学科研究提供可靠参考。

关键词：大型复杂钢结构；施工力学；内力与形变城市化进程在不断推进的同时，相应推动了大型公共建筑的发展，这种形势下对钢结构工程的复杂性要求越来越高，这不仅是现代建筑设计理念与施工技术进步与发展的体现，也是钢结构施工领域一体化施工的必然需求。

在钢结构工程实际施工中，加强对钢结构施工力学的研究和分析，可实现对钢结构内力和形变的有效控制，保障建筑钢结构的稳定性，这对推动大型复杂钢结构施工力学控制技术的研究与应用具有积极意义。

1 大型复杂钢结构施工力学问题简述从本质上来说，钢结构的自重、装饰承载及维护结构等恒荷载在实际施工中逐渐转移到建筑结构上，由于施工过程中恒荷载作用的不断累积，会造成钢结构产生内力变形，导致这现象的原因与恒荷载的大小及其分布规律相关，即与施工路径和施工时间有着密切联系。

在施工路径与施工时间的公共作用下，其所引起的内力变形会对钢结构的安全、稳定造成严重影响，导致钢结构、边界和材料发生时变，且随着时变程度的不断增加，钢结构的稳定性会不断下降，进而导致建筑安全事故的发生。

整个钢结构是由几何形态、荷载、钢度等条件形成的，恒荷载会在建筑工程施工中不断累积，在这一过程中，施工路径和施工时间是影响建筑使用阶段受力性能的主要因素，因此，在对大型复杂钢结构施工力学研究的过程中，可将这两个因素考虑在内，结合工程的实际情况，对施工过程中可能出现的各类情况提前做出准确判断，以制定可行的内力与变形控制方案，进而确保整个施工过程的安全性[1]。

大型复杂钢结构施工力学分析及应用研究摘要：钢结构已经成为土木工程中最普遍的一种结构。

钢结构不仅具有较高的抗压强度，其稳定性和安全性也相对于其它结构有很高的提高。

钢结构的运用，既需要施工工艺的合理选用，又需要整体性的保证。

本文的研究结果可以为有关领域的学科研究提供一定的参考价值。

关键词：钢结构；施工力学；变形一、施工建筑中的钢结构优点1.1高性能施工建筑过程中，不仅有普通的铁、钛等，还包括锰、硅等，钢结构中所含的元素也是多种多样的。

从钢结构本身的特性来看，强度高、硬度大是它最明显的优点。

所以钢结构本身的支撑性、围护性比较强，抗震的特性也比较高。

随着科技发展的加快，中国的钢铁生产技术也在不断发展，能够根据工程建设过程中的实际需要，对具有一定功能的钢铁进行有目的的改进，其基础是现代化的建筑。

如建筑工程开发中常用的特种钢材，如不锈钢、耐热钢等，在桥梁、房屋建设中使用较多，在工程建设的其他类型中也比较认可。

1.2可塑度很强在实际的钢结构承重过程中，由于钢结构本身的延展性很强，在承应力超过屈服点的情况下，首先会发生变形，而不是断裂。

断裂面积和延伸率是衡量钢材延展性的最主要两个指标。

碳元素有助于钢结构的整体延展性和强度，对改善钢结构具有重要的现实意义，因为碳是钢结构中最重要的组成部分。

钢结构在施工工程中的应用过程中，可以用螺栓或铆钉连接件。

比起其他建筑结构的种类，它的特点就是操作起来更加简便。

另外，钢结构的优点是运输难度低，强度高，坚固耐用，质量轻。

近几年土木建筑也加大了钢结构的使用比例。

特别是在建筑过程中，如果采用传统的内支柱式支承方式，需要将大量的内支柱式安装在建筑内部，这种大跨度、难搭建的建筑，就会造成内部空间的紧张。

钢结构在施工建筑中的运用，能够有效地解决这一难题。

在建设过程中，为了有效提高钢结构本身的反挤压性能，可根据实际需要焊接钢结构。

1.3节省能源，保护环境土木建筑采用钢结构，既可降低粉尘、噪音污染，又可减轻工程量。

综 述大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法郭彦林 刘学武(清华大学土木工程系 北京 100084)摘 要:结构施工过程的力学分析属于施工力学的范畴,是力学理论与土木工程实践相结合而交汇发展起来的新型交叉学科,主要特征在于研究对象的几何参数、物理参数、边界参数,是时间的函数,是耦合时间与空间的四维力学问题。

施工过程 路径 和 时间 效应直接影响施工阶段及使用阶段结构的受力性能。

现代大型项目的建设要求设计人员须对结构的施工过程进行分析,同时施工人员须预测和控制施工过程中结构内力和变形的发展和变化,以保证施工过程中结构的安全性以及竣工状态结构的内力和位形满足设计要求。

通过对大型复杂钢结构施工过程中表现出的诸多亟待解决的施工力学问题及其求解思路与分析方法的探讨,为施工力学学科的研究与发展奠定一定的基础。

关键词:钢结构 变形 内力 施工力学CONSTRUCTION MECHANICAL PROBLEMS A ND COMPUTATIONAL METHODSOF COMPLEX STEEL STRUC TURESGuo Yanlin Liu Xuewu(Department of Civil Engineering,Tsinghua University Beijing 100084)Abstract :The construction mechanic combines structure mechanic and construction technology together.Its main feature is that the geometry profiles,the physical properties and the boundary conditions of a research object will change with construction duration.It is evident that the different construction processes and procedures will lead to different deformation and internal force di stribution locked within a structure after the construction is ended.Therefore a s tructural design s tate must be estimated accurately i f a construction finished structure meets the design and service req uirements.It will be focused on the construction mechanic problems which are explored from many large and complex steel s tructure construction and erection processes curren tly.The ten key construction mechanic problems have been pointed out,and they are analyzed and discussed comprehensively.The discussion on these problems has of great importance to further developing construction mechanics and engineering application.Keywords :steel structure deformation in ternal force construction mechanics第一作者:郭彦林 男 1958年10月出生 教授 博士生导师E-mail:gyl@收稿日期:2007-05-280 引 言工程结构在建造过程中整个结构的几何形态、刚度及其荷载和边界条件按照一定次序先后形成,描述结构状态的各物理量在不断变化,呈现出结构时变、材料时变和边界时变的特性,其 路径 和 时间 效应直接影响施工阶段及使用阶段结构的受力性能。

随着工业技术的进步和人民生活水平的提高，建筑中对大跨度空间结构及超高层钢结构的需求不断增加，而钢材是能够满足上述结构要求的主要轻质高强材料之一。

目前，我国建筑造型的多样化、多功能化趋势，使得钢结构有了更大的发展空间。

由于钢结构构件截面宽展、瘦长，钢材的导热系数大(约为混凝土的40倍)，以及钢材的力学性能对温度的敏感性等原因，火灾对钢结构的威胁远大于钢筋混凝土结构。

一旦发生火灾，钢结构的承载能力降低，变形增大，在较短的时间(10～20min)内就能达到极限状态以至发生破坏。

因此，相对于钢筋混凝土结构而言，钢结构的防火是一个不可回避的安全问题。

结构用钢高温力学性能分析以在实际工程中最常用的钢材Q235钢为例，其屈服强度和弹性模量与常温下对应值之比随火灾温度变化的曲线。

在火灾条件下，Q235钢的力学性能与常温下相比，有明显不同。

(1)屈服强度随火灾温度的升高而降低。

在200’C时，屈服强度为常温下的82.3%；在400。

C时，屈服强度为常温下的49.8%；在600℃时，屈服强度只有常温下的20.4%。

(2)弹性模量随火灾温度的升高而降低。

在200。

c时，弹性模量为常温下的95.9%；在400℃时，弹性模量为常温下的83.1%；在600。

C时，弹性模量只有常温下的17.1%。

由此可见，钢材虽为非燃烧材料，但不耐火。

在火灾高温条件下，结构钢的强度和刚度都将迅速下降。

因此，当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，结构很容易发生破坏。

例如，2004年10月，河南省某市一家电量贩发生火灾，钢结构屋顶被烧整体倒塌，造成2人被埋压致死。

把安全工程师站点加入收藏夹钢结构防火技术措施3.1设置防火屏障在钢构件的迎火面设置防火屏障，将钢构件与火焰隔开，如图2所示。

例如，在钢梁下面安装防火平顶，在钢柱外侧设置一定宽度的防火板等。

采用这种方法，应特别注意接缝、孑L洞处的密封性，防止窜火。

3.2砌筑耐火砖或浇筑混凝土采用砌筑耐火砖或浇筑混凝土完全封闭钢构件，如图3所示。

大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法摘要：目前，随着我国建设事业领域的突飞猛进，城市经济建设的快速发展与繁荣，尤其是土木工程的发展速度之快，大规模建筑在城市中速成。

因此，大型钢结构在城市建设中的到了广泛的应用和推广，带动了建筑水平的提高和技术的创新的同时，在工程建设实践与探索中，大型复杂钢结构在施工过程中也突出了诸多新的力学问题。

本文通过理论与实践，对大型复杂钢结构施工过程中存在的施工力学问题求解思路与分析方法的探讨，为施工力学学科工作的研究与整个国家的进步都有非常重要的意义，在土木工程中钢结构的发展奠定了重要的基础。

关键词：大型复杂钢结构；施工；力学；问题；分析引言：近年来，一大批大型复杂钢结构工程在我国陆续落成，推动绿色环保节能建筑已成为一种新型的集成建筑体系，为提高我国的城市建筑水平起到了推动的作用。

在建工程中越来越多的工程采用大型钢结构建筑的新形势，钢结构在施工建设中存在的特点显著，建筑速度快，轻质高强，抗震性能好、施工工期短、地基费用低、维护方便、工业化程度高、建筑造形美观、适合不同气候条件和大气环境，加之钢结构的施工污染，噪音低，无粉尘污染，等诸多优点，可以称的上是绿色环保性建筑。

而大型复杂钢结构施工过程的力学分析属于施工力学的范畴，是力学理论与土木工程实践相结合而交汇发展起来的新型交叉学科，因此要考虑多方面因素，结合实际情况做出深入分析后再进行合理进行施工，以保证施工的安全合理科学。

一、施工过程跟踪分析的难点结构时变的模拟大型复杂钢结构在施工过程中的难点是比较多的，由于施工过程中的钢结构在不断变化，除了构件的安装还可能有将起到临时支撑作用的构件的拆除的工序。

工程过程跟踪分析对象的求解区域随时间的推进不断地增加或缩减，在求解区域没有变化的情况，结构的受力性能也可能发生较大的改变，即柔性结构的张拉。

材料时变的模拟由于钢结构的性能比较稳定，施工过程中钢材的性能基本不会变化，而对于混凝土等时变依存性材料，其性能则会不断地变化，表现出了较强的非线性特性。

某钢结构塔架的稳定性分析及设计优化摘要：以云南某宗教建筑为例，采用Midas Gen分析软件，建立了简化模型，对该建筑钢塔结构进行了弹性与稳定性分析，并根据分析结果，提出了该结构的优化建议，从而确保塔架的安全性。

关键词：宗教建筑，钢塔架，弹性分析，稳定性1 工程概况本项目为云南某地一宗教建筑，屋顶钢结构的造型为设计的一大亮点，充分的体现了该宗教建筑的特点。

该工程建筑总面积为5 531 m2，22.500 m标高以下为钢筋混凝土框架结构，22.500 m标高以上为钢塔架结构，钢塔架高24.6 m(塔顶距±0.000标高47.1 m)，具体情况见图1。

该项目建设地点抗震设防烈度为7度，故下部混凝土框架结构抗震等级为三级，钢塔架结构抗震等级为四级。

钢塔架为Q235的无缝钢管焊接而成，外装采用铝单板和玻璃幕墙实现建筑效果。

其中钢塔架结构主要由竖向构件、环向横隔、腹杆三部分组成。

竖向构件分别由6根φ219×14钢管从22.500 m标高直至塔顶通过焊接球合并为塔尖，由5根φ219×14钢管根据正立面造型搭建而成，由于背立面存在折面又增加了2根φ219×14钢管，作为折面的脊线。

环向横隔有闭合和开口两种，其中22.500 m和27.300 m标高处为开口环向横隔，规格均为φ194×12；32.100 m和40.670 m处为闭合横隔，规格分别为φ180×12和φ159×10。

腹杆主要尺寸为φ108×6，个别应力比较大的位置选用φ159×10。

钢塔架竖向构件和环向横隔用钢量为18.8 t，腹杆用钢量为6.3 t。

钢塔结构布置如图2所示，图中粗实线表示竖向构件，粗虚线表示环向横隔，细线表示腹杆。

约束支座共10个，图2中均有标注。

由于塔架平面关于Y轴对称，左右侧立面结构布置相同，故图2中仅表达了正、背、侧三个立面。

由塔架俯视图可清晰分辨出，塔架的结构布置关于Y轴对称，根据造型的需要，X轴两边的结构布置有较大的差异，具体情况见图3。

超高强度钢材钢结构受力性能的特点和优势分析西宁夏光电力设计咨询有限公司摘要：随着经济社会的发展与社会水平的进步，建筑工程数量日渐增多，建筑工程结构种类日渐丰富，钢结构的发展尤为显著。

相较于传统的钢结构，超高强度钢材钢结构的稳定性更强。

鉴于此，本文先是阐述了超高强度钢材钢结构的受力性能及其适用范围，又分析了超高强度钢材钢结构相较于其他结构的优势，仅供相关人员进行借鉴与参考。

关键词：超高强度钢材；钢结构；受力性能；特点优势自19世纪起人类开始应用钢结构至今，随着加工制作、安装技术和设计方法水平的不断提高，钢结构得到了巨大的发展和进步。

目前新的钢材生产工艺能够大幅度提高钢材的强度和加工性能，与之匹配的高强焊缝金属和先进的焊接技术也已比较成熟。

同时，钢结构工程在跨度、空间、高度等方面需求的不断增加也带动了结构钢材的发展。

1 超高强度钢材钢结构受力性能特点及使用范围1.1 超高强度钢材钢结构受力性能的特点第一，与普通的钢结构材料相比较，超高强度的刚材钢结构选材均匀，刚度、韧性大，且整体结构安装方便，材料回收再利用率高，具备环保特性。

第二，从钢结构焊接、截面尺寸及自重、跨度需求上分析，具备以下几个特点：（1）跨度大。

为适应当前大跨度建筑结构需求，超高强度的钢结构体系能够实现结构空间的扩充，为满足大跨度结构体系的应用提供了技术支持。

（2）超高强度钢材钢结构可有效的减少结构自重，平衡截面尺寸，营造更宽广的建筑结构使用空间。

（3）从焊接方式和技术上进行分析，可减少焊接的范围，降低涂层的工作量，进而保证整体焊接作业流程更具经济性。

按实际工程案例分析得出，使用超高强度的刚材钢结构能够有效减少成本的10%。

此外钢结构的构件尺寸较小，在应用过程中可以有效的减少焊缝的面积，提升整体焊缝的质量。

第三，从超高强度钢材钢结构受压稳定上分析，主要从构件的稳定性能机理和设计方法上进行研究。

从国内外设计的规范上看，虽然针对超高强度钢材结构的构件稳定性给出了相应的设计规定，但是在设计方法上并没有进行创新和深入研究，例如欧洲规范中，虽然增加了最高级别的S700（fy=700MPa）等级钢材的相关规定，但是在实际的应用过程中，只是选择性的套用，并没有进行创新。

大型复杂钢结构建筑施工力学问题及分析方法[摘要]钢结构在自重以及承重的结构上，由于恒荷载作用从而产生内力和形变，在与其他荷载效应组合的过程中，会导致较高的安全风险。

施工力学主要为几何时变、材料时变和边界时变。

本文进行分析与研究，以减少几何、材料和边界时变。

[关键词]钢结构;分析;力学近年来，许多的大型复杂钢结构建筑应运而生，如国家体育场“鸟巢”、国家大剧院、CCTV新台址主楼等建筑，均属于大型复杂钢结构建筑。

这些大型钢结构建筑，在施工过程中，其结构内力变化的过程，十分复杂，施工的“路径”以及“时间”效应，在建筑完成时的受力状态，以及几何形态的影响是十分明显。

一、施工力学问题简述大型复杂钢结构建筑在施工过程中，施工人员很少对结构的受力*能进行分析。

实际上钢结构在建筑中的自重、装饰承载以及围护结构等恒荷载，在施工过程中逐渐施加在建筑的结构上，在施工结束时的恒荷载作用下，容易产生内力变形，是由于施工过程依次累加形成的，这种恒荷载的大小与分布的规律，与施工“路径”与“时间”有密切的联系。

所以在施工“路径”与“时间”效应下，其引起的内力以及变形对结构的影响较大时，尤其是那些大型的复杂的钢结构建筑，容易引起十分严重的安全问题，会导致结构的时变、边界的时变以及材料的时变，当这些时变剧烈时，会引起结构稳定*的丧失，破坏建筑的结构，甚至造成建筑坍塌事件。

钢结构建筑施工过程中，整个结构的钢度、几何形态、边界、荷载等条件的形成，是依据先后的顺序产生的，恒荷载随着建筑成长形成的，在这个过程中，“路径”和“时间”效应是影响施工与使用阶段受力*能的重要因素。

随着我国许多的大型复杂钢结构建筑的出现，这些建筑在施工过程中出现了许多新的亟待解决的力学问题，这些问题通过目前现有的方法无法得到有效解决，在理论上属于学科前沿的问题，在应用的过程中，随着工程技术的发展，是我国科技发展的一个重要研究方向。

二、施工力学分析及解决策略2.1结构施工跟踪分析大型建筑物的建筑过程，是动态的，在这个过程中，建筑依次生成，材料依序成型，荷载也逐渐增强，边界渐渐形成。