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摘要：为进一步保证大悬挑SRC桁架结构施工全过程的安全性，本文利用有限元软件对结构临时支撑在整个施工过程中的力学性能进行研究，结果表明：临时支撑轴力最值随施工阶段的进行呈现平缓变化的趋势，在卸载过程中随着卸载逐步的进行总体呈现阶段性下降趋势；从临时支撑所受轴力值大小方面确定了受力最不利临时支撑；通过对临时支撑的非曲线稳定性分析，表明临时支撑在结构施工全过程中是安全可靠的。
关键词：大悬挑SRC结构、空间桁架、最不利临时支撑、屈曲稳定分析
1引言
大跨度空间结构施工中，尤其是大悬挑SRC空间桁架结构，临时支撑体系能够保证施工过程顺利进行及安全性,提供永久结构在未成形前的支撑依靠,使得永久结构与临时支撑结构组成一个共同作用的混合结构体系，已逐渐成为众多学者们研究的重点。
对SRC结构的研究与应用始于20世纪的欧美及日本，Takeshi等针对SRC柱进行了动力荷载作用下的相关实验研究，得到了SRC柱的滞回曲线。Shigeru等对偏心SRC柱进行了循环荷载作用下的试验，试验显示，SRC柱的滞回曲线与钢构件的滞回曲线相似。我国对于SRC结构的研究始于上世纪80年代，西安建筑科技大学、清华大学及东南大学等都对SRC结构进行了广泛的研究，并总结出许多理论，对我国SRC结构的研究与发展奠定了坚实的基础。
由上述研究可知，截至目前对于SRC结构的研究多集中在SRC结构设计理论和SRC结构施工全过程的施工力学分析，对于临时支撑体系在SRC结构中的应用分析还鲜有涉及。本文依托于实际工程，对大悬挑SRC空间桁架结构临时支撑体系在施工全过程中的力学性能进行了详细分析，分析结论将对同类工程提供一定的参考依据。
2临时支撑的全过程施工力学分析
2.1工程概况
广东省某展览馆项目总建筑面积为15992.77m2，地下一层、地上二层，建筑总高度为23.20m。最大悬挑长度在建筑物北侧，悬挑长度为24m，悬挑结构主要采用钢桁架结构+SRC结构。结构采用型钢混凝土结构+局部钢结构+局部钢筋混凝土构件的混合结构形式，混凝土强度等级为C35，钢材采用Q345-B。
2.2数值模型
①几何模型的建立
本文采用有限元软件对该项目进行了1:1几何模型的建立。该模型最大长度为51.60m，涉及的截面类型共50种，包括了钢筋混凝土截面、型钢截面及型钢混凝土组合截面。
②单元选取及材料参数
按照结构及分析的特点，本模型的梁、柱采用beam189单元，楼板采用shell181单元，临时支撑体系采用Link180单元，临时支撑均采用0.6m×0.6m的截面形式，立柱钢管采用φ102×5型号，腹杆钢管采用φ60×3，混凝土强度等级为C35，钢材采用Q345-B。临时支撑体系的布置图如图1所示，考虑临时支撑体系的结构有限元模型如图2所示。
2.3施工吊装过程的临时支撑分析
2.3.1施工吊装方案
以结构的临时支撑为目标，研究其在施工过程中的力学响应，施工方案如下表1所示。
现只对施工方案中的相关数据通过有限元软件进行分析。结合临时支撑的受力特点，可将临时支撑看作是轴向受力构件，因此，本文只对临时支撑的轴力按照确定的施工顺序进行分析。临时支撑在施工过程中的轴力云图，如图3所示，由于篇幅所限，未将其全部列出。
通过图3可以看出，施工过程中临时支撑轴压力最值始终都位于结构中心部位的临时支撑处，并未随着施工段的进行而变化，临时支撑轴压力最值为1270.000kN。为方便分析，将临时支撑各个阶段的轴力最值进行汇总，如图4所示。
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注：图中红色标记表示临时支撑所在位置。
图1临时支撑布置图
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图2考虑临时支撑体系有限元模型图
表1施工顺序
图3施工过程临时支撑轴力云图
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图4施工过程临时支撑轴力变化图
通过图4可看出，施工过程中临时支撑轴力最值随施工的逐步进行呈现平缓变化的趋势，其值在CS7时图线明显变陡，且数值最大，说明二层楼板的施工对临时支撑轴力的影响较大。
综上可知，在结构施工过程中，位于结构中心部位的临时支撑轴力存在最大值，最大值为1270.000kN。
2.4卸载过程的临时支撑分析
卸载方案共分三轮进行，每一轮按区块共分6步卸载，共18个卸载步。第一轮卸载1mm，第二轮卸载1mm，第三轮全部卸载。卸载方案考虑由内向外逐渐对称卸载，并考虑临时支撑与结构柱距离的关系，卸载顺序按所分区块编号由小到大依次进行。
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图5临时支撑卸载分区图
对卸载方案中临时支撑在整个卸载过程中的力学响应进行模拟分析，只研究临时支撑在卸载过程中的轴力。临时支撑在卸载过程中的轴力云图如图6所示，由于篇幅所限，未将其全部列出。
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图6卸载过程临时支撑轴力云图
通过图6可以看出，整个卸载过程中临时支撑的轴力最值的分布情况时刻在发生变化，这是因为结构在卸载过程中不同部位的临时支撑参与工作的程度时刻都在发生着变化，使得内力重新分布，临时支撑轴压力最大值为919.295kN。为方便分析，将临时支撑各个施工阶段的轴力最值进行汇总，如图7所示。
通过图7可以看出，卸载过程中临时支撑最值随着卸载步的进行总体呈现阶段性下降的趋势，图线较平缓，在卸载步5及11时其数值变化量较大，说明桁架HJ4处的临时支撑卸载对其最值影响较大，而轴力最值在卸载步4时数值最大。
综上可知，在结构临时支撑卸载过程中，位于结构桁架HJ1与桁架HJ4相交处的临时支撑轴力存在最大值，最大值为919.295kN。
3临时支撑的非线性稳定性分析
通过对结构施工全过程临时支撑的分析，已经得出了受力最不利的临时支撑。基于前文分析结果，现利用有限元软件，对该临时支撑进行非线性屈曲稳定性分析，其有限元模型如图10所示。
图7卸载过程临时支撑轴力变化图
在对最不利临时支撑进行非线性屈曲稳定分析之前应进行特征值屈曲分析，用有限元软件得到的最不利临时支撑的前六阶模态变形，如图11所示。
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图10最不利临时支撑有限元模型
图11最不利支撑前六阶模态变形图
基于完成的特征值屈曲分析，对最不利支撑进行非线性屈曲稳定分析，其荷载位移曲线如图12所示，其中，曲线的峰值对应纵坐标值即为最不利临时支撑的稳定极限承载力。
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图12最不利支撑的荷载位移曲线图
通过图12可以看出，最不利临时支撑的稳定极限承载力为3451kN，而在结构施工全过程中该临时支撑所受轴力的最大值为1270kN，说明在结构施工全过程中，从稳定性的角度，即使考虑临时支撑极限稳定承载力5%误差的影响，也能够保证临时支撑的安全性。
4结论
通过分析临时支撑在整个施工过程中的力学特性，可以得出如下结论：
（1）施工吊装过程中临时支撑轴力最值随施工阶段的进行呈现平缓变化的趋势，位于结构中心部位存在临时支撑轴力最大值，最大值为1270.000kN；卸载过程中临时支撑最值随着卸载步的进行总体呈现阶段性下降趋势，位于结构桁架HJ1与桁架HJ4相交处存在轴力最大值，最大值为919.295kN。
（2）通过对临时支撑的非线性稳定性分析，得出了屈曲稳定极限承载力为3451kN，结果表明：就结构稳定性方面，临时支撑在结构施工全过程中是安全可靠的。
参考文献
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